Описать принципы работы всех методов электрического торможения, указывая при этом хотя бы по одному преимуществу и недостатку

Тормозной режим с отдачей энергии в сеть (рекуперативное торможение). Этот режим имеет место в том случае, если при работе двигателя в двигательном режиме на его вал со стороны механизма станет воздействовать момент, не препятствующий, а способствующий движению. Тогда под действием суммы моментов привод будет ускоряться, в результате чего ЭДС двигателя возрастает, а ток в якорной цепи, определяемый по формуле.

.

уменьшается. При достижении двигателем угловой скорости идеального холостого хода щ₀ его ЭДС станет равной напряжению сети, а ток станет равен нулю:

.

Под действием статического момента скорость двигателя будет нарастать (щ > щ₀), вследствие чего его ЭДС станет больше напряжения сети, поэтому Таким образом, момент, развиваемый · двигателем, 'Изменит свое направление, т. е. станет не движущим, а тормозным. Установившееся значение скорости достигается в тот момент времени, · Когда движущий статический момент станет уравновешиваться тормозным моментом электродвигателя. Электрическая машина в этом случае становится генератором, преобразуя механическую энергию в электрическую и отдавая ее в сеть.

На практике такой режим торможения часто используется в подъемно-транспортных установках. На рис. 2−8 изображены механические характеристики двигателя и показано, как при спуске груза со статическим моментом М_с осуществляется его реверс. Характер изменения момента двигателя М указан стрелками.

В начале процесса спуска груза для ограничения М в якорную цепь вводится дополнительное сопротивление, а затем двигатель переключается на естественную механическую характеристику.

Установившееся значение скорости _c, незначительно превышает скорость. Поэтому такой тормозной режим спуска груза производится со скоростью, немного большей скорости подъема.

Естественно, в таком тормозном режиме невозможно остановить механизм.

Преимущества:

• · надёжность;
• · переход с режима двигателя на режим генератора происходит автоматически без переключения;
• · экономичность (энергия торможения возвращается обратно в сеть).

Недостатки: торможение не возможно осуществить при малых скоростях.

Электродинамическое торможение. В режиме электродинамического (динамического) торможения якорная цепь двигателя замыкается на внешний тормозной резистор R_тр (рис. 2−9, а), а обмотка независимого возбуждения ОВ остается включенной в сеть, чтобы сохранить неизменность магнитного потока. Поскольку якорь двигателя отключается от сети, но сохраняет прежние направление вращения и ЭДС, ток в якоре (момент) изменяет направление и становится тормозным:

.

где .

При этом кинетическая энергия, запасенная в механической части привода (при реактивном статическом моменте) или потенциальная энергия (при активном M_с, например опускаемого груза), превращаются в теплоту и рассеиваются сопротивлением якорной цепи R. Поэтому такое торможение является диссипативным, в отличии от рекуперативного. Уравнение механической характеристики для этого режима получается из выражения.

.

где;; щ₀ — скорость идеального холостого хода; Ц = Ц_ном), при U = 0:

.

Характеристики, рассчитываемые по данной формуле при R= var (различных значениях R?), представляют собой пучок прямых с центром в начале координат, расположенных во втором и четвертом квадрантах. Процесс переключения привода из двигательного в данный тормозной режим при рассеивании запаса кинетической энергии изображен на рис. 2−9, б.

Первоначально привод работал в точке 1 со статическим моментом M_c и со скоростью щ_c. После отключения якоря двигателя от сети и замыкания его на внешнее сопротивление R_тр привод переключается в точку 2 с начальным тормозным моментом M₂. Далее по мере убывания скорости уменьшается и тормозной момент M_тр, стремясь к нулевому значению.

Процесс динамического торможения при наличии активного статического момента (рассеивания потенциальной энергии) представлен характеристикой 2−3-0 (рис. 2−8).

Первоначально при опускании груза, развивающего активный статический момент M_c, двигатель работает в тормозном режиме с отдачей энергии в сеть и скоростью щ_c (точка 1). Если теперь замкнуть якорь двигателя замкнуть на внешний резистор R_тр, обеспечивающий получение характеристики динамического торможения вида 2−3-0, то произойдет переключение двигателя в точку 2. При этом благодаря тому, что щ_c0, ток в якоре (по формуле: — характеристика двигательного режима после реверса) и момент двигателя M₂ больше нуля. Поскольку M₂> M_c, то вращение замедляется до значения щ_c. В результате груз опускается с новой установившейся скоростью, соответствующей точке 3 на механической характеристике динамического торможения. Возможно и новое снижение установившейся скорости опускания груза, если уменьшить сопротивление резистора или закоротить якорь. Различие режимов динамического торможения при реактивном и активном статических моментах состоит в том, что в первом случае процесс торможения совершается до полной остановки привода, а во втором — только до скорости установившегося движения щ_c. Поэтому для достижения полной остановки механизма в конце электродинамического торможения переходят на механическое торможение, для которого используют специальное устройство.

В аварийных режимах при потере напряжения в сети можно использовать режим динамического торможения с самовозбуждением. В этом случае обмотка возбуждения подключается к якорю двигателя, отключенному от сети, с сохранением прежнего направления тока возбуждения. При этом тормозной режим сохраняется до тех пор, пока зависимость Е = f (i_в) будет превышать вольтамперную характеристику обмотки возбуждения U_в= f (i_в) (рис. 2−10). Таким образом, снижение скорость вращения приводит к интенсивному уменьшению тока в якоре и тормозного момента, что отмечено точкой 2 на механической характеристике двигателя, работающего в тормозном режиме (рис. 2−10, б). Дальнейшее торможение привода до полной остановки (при наличии реактивного момента) совершается в основном под действием момента сил трения всей системы. Этот режим находит очень ограниченное применение.

Преимущества динамического торможения с внешним возбуждением:

• · надёжность;
• · простота схемы соединения;
• · плавность торможения;
• · экономичность;
• · возможность получения относительно жёсткой характеристики.

Недостатки:

• · уменьшение тормозного момента с уменьшением скорости;
• · потеря тормозного момента при исчезновении напряжения возбуждения.

Преимущества динамического торможения с собственным возбуждением:

• · надёжность;
• · простота схемы соединения;
• · экономичность;
• · возможность торможения при отсутствии сетевого питания.

Недостатки: отсутствие тормозного момента при критически малых скоростях.

Торможение противовключением. Противовключением называют режим, при котором якорь двигателя вращается под действием моментов, определяемых запасами кинетической или потенциальной энергии в противоположном направлении, по сравнению с действием электромагнитного момента.

Так, при наличии реактивного статического момента торможение противовключением получают, изменяя полярность на зажимах якоря, как при реверсе (рис. 2−11, а), и включив в цепь якоря тормозной резистор R_тр. После переключения полярности якоря двигатель переходит из начальной точки работы 1 в точку 2 на новой механической характеристике, проходящей через точку щ₀ (рис. 2−11, б). Благодаря изменению полярности в сети питания, ток двигателя из меняет свой знак и при. работе привода во втором квадранте определяется уравнением.

.

где .

При этом происходит интенсивное торможение привода, благодаря действию суммарного отрицательного динамического момента.

.

В точке 3 происходит остановка двигателя, поскольку реактивный статический момент, меняя свой знак, препятствует вращению привода в противоположную сторону.

Если режим противовключения осуществляется с меньшим сопротивлением R_тр, и новая механическая характеристика является лучом, проходящим через точку 4, то тормозной режим противовключения не заканчивается в точке 5. Двигатель может совершить реверс и перейти в двигательный режим работы с установившейся скоростью щ_с, определяемой координатами точки 6. Для исключения реверса привода при достижении точки 5 двигатель отключают от сети и осуществляют механическое торможение.

При наличии активного статического момента режим противовключения получают без переключения полярности на якоре двигателя, лишь введением большого сопротивления R_тр (рис. 2−12, а). Тогда под действием потенциальных сил якорь двигателя затормаживается, а затем начинает вращаться в противоположном направлении, и ЭДС меняет свой знак. Поэтому ток (момент) двигателя при работе в четвертом квадранте, сохраняя прежнее направление, определяется по формуле .

Процесс перехода привода из двигательного режима в тормозной — противовключения изображен на рис. 2−12, б. Очевидно, в этом случае возможно обеспечить тормозной режим с различными скоростями и полную остановку привода (точка 6), что зависит от сопротивления R_тр.

Работа привода при скорости, применяемая в подъемно-транспортных устройствах, называется силовым спуском груза.

Заметим, что при идентичных исходных состояниях привода, определяемых точкой 1 и сопротивлением R_тр, процесс достижения нулевой скорости при наличии реактивного момента (точка 3 на рис 2−11, б) будет происходить значительно быстрее, чем при наличии активного момента (точка 3 на рис 2−12, б). Это объясняется тем, что при работе привода в первом квадранте динамический момент, а следовательно, и замедление определяется не суммой моментов.

а их разностью .

В отличии от генераторного торможения с отдачей энергии в сеть, в режиме противовключения к двигателю подводится от сети мощность P_эл и со стороны механизма — P_м. Следовательно потери Дp, будут:

.

Таким образом, режим противовключения обеспечивает интенсивное торможение привода до полной остановки, но сопровождается значительным потреблением энергии от сети и существенным нагревом обмоток двигателя и сопротивлений при ее рассеивании.

Преимущества торможения противовключением:

• · надёжность при любой скорости;
• · возможность полной остановки;
• · наличия момента торможения при стоящем двигателе;
• · интенсивность торможения;
• · относительно стабильный момент торможения.

Недостатки:

• · возможность самопроизвольного реверса;
• · большое потребление электроэнергии;
• · маленькая жёсткость тормозных характеристик.