Способ и устройство защиты синхронного двигателя от аварийного торможения. Торможение синхронный двигатель


Трёхфазные асинхронные двигатели: методы торможения хода

Значительное число приводных систем используются при естественном замедлении работы двигателей в процессе остановки. Время, затрачиваемое на остановку ротора, измеряется исключительно инерционным моментом и моментом сопротивления вращению. Между тем нередко эксплуатация систем требует сокращать время остановки вала мотора и в этом случае электрическое торможение хода электродвигателя видится простым и эффективным решением. По сравнению устройствами, где применяются механический или гидравлический способы, электрическое торможение двигателей имеет явные преимущества в плане устойчивости действия и экономичности применения.

Содержимое публикации

Варианты построения электрических тормозов

Рассмотрим несколько вариантов торможения двигателей электрическим способом, которые могут быть применимы на практике. При этом отметим возможности использования механизмов торможения по отношению к электродвигателям разных видов.

Список рассматриваемых методик торможения включает следующие:

  • противотоком,
  • вводом постоянного тока,
  • электронным способом,
  • сверхсинхронной скоростью,
  • другими способами.

Принцип торможения противотоком

Мотор отключается от электросети, и пока ротор продолжает вращаться, вновь подключается противофазой. Такая система создаёт эффективный момент блокировки, обычно превышающий пусковой момент.

Между тем, этот эффективный момент торможения должен быть быстро нивелирован, чтобы двигатель после остановки не вращался в противоположном направлении.

Несколько устройств контроля и автоматики привлекаются для обеспечения замедления вращения вала электродвигателя до его полной остановки:

  • датчики остановки фрикциона,
  • датчики центробежного останова,
  • хронометрические приборы,
  • реле частоты,
  • реле напряжения ротора (для двигателей с фазным ротором) и т. д.

Торможение двигателя с короткозамкнутым ротором

Прежде чем выбирать систему противотока для асинхронного мотора с КЗ ротором, важно обеспечить устойчивость двигателя к противоточному способу с учётом требуемой нагрузки.

Помимо механических напряжений, этот процесс подвергает ротор воздействию высоких тепловых нагрузок, так как энергия, выделяемая при каждой операции, рассеивается в теле ротора.

Тепловое напряжение на противотоке в три раза больше, чем при наборе скорости вращения. Здесь пики тока и крутящего момента заметно выше, если сравнивать с моментом пуска.

Система торможения противотокомПринцип методики противоточного воздействия на схему электродвигателя с целью быстрого замедления хода с последующей остановкой. Слева — нормальный рабочий цикл. Справа — цикл замедления и останова

Поэтому для обеспечения плавного останова двигателя системой противотока, как правило, последовательно с каждой фазой статора устанавливают резистор.

Благодаря такому добавлению, при переключении уменьшается крутящий момент и ток, до значений, равных тем, что отмечаются на статоре в режиме пуска.

Однако противоточная система торможения имеет ряд серьёзных недостатков. Поэтому этот способ для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором используется в редких случаях и преимущественно на маломощных моторах.

Противоточное торможение на двигателях с фазным ротором

Чтобы ограничить ток и крутящий момент, прежде чем статор будет переключен на противоточный ход, крайне важно использовать резисторы ротора, используемые для запуска.

При этом следует периодично добавлять дополнительную резистивную секцию торможения. При правильно подобранном значении роторного резистора, регулировать тормозной момент до требуемого значения несложно.

Момент переключения тока даёт напряжение ротора практически в два раза большее, чем когда ротор находится в состоянии покоя, что иногда требует особых мер при изоляции.

Противоточное торможение мотора с фазным роторомПринцип противоточной электрической блокировки на моторах с фазным ротором. Слева — нормальный режим работы. Справа — замедление с остановом

Как и в случае с силовыми двигателями, цепь ротора выделяет значительное количество энергии. Вся выделенная энергия полностью рассеивается на резисторах (за исключением небольших потерь).

Двигатель может быть остановлен автоматически одним из вышеупомянутых устройств контроля. Например, с помощью реле напряжения или частоты в цепи ротора. С помощью схемы противотока удаётся поддерживать ведущую нагрузку с умеренной скоростью.

Однако характеристика крайне неустойчива (значительные колебания скорости по отношению к малым изменениям крутящего момента).

Торможение вводом постоянного тока

Этот вариант используется на двигателях с фазным и короткозамкнутым ротором. Если сравнивать с противоточной системой, стоимость применения источника выпрямленного тока компенсируется меньшим количеством резисторов.

Благодаря электронным регуляторам скорости и стартерам, этот способ торможения асинхронных  электродвигателей видится вполне экономичным.

Торможение постоянным токомПринцип останова путём ввода постоянного тока. Для работы этой системы требуется источник постоянного напряжения. Требования к величине напряжения не критичны

Методика предполагает отключение обмоток статора от сети и подачу на обмотки выпрямленного тока. Прохождение выпрямленного тока по обмоткам статора сопровождается образованием фиксированного потока в воздушном зазоре между ротором и статорным кольцом двигателя.

Для достижения значения этого потока, способного обеспечить надлежащее торможение, ток должен быть примерно в 1,3 раза выше номинального тока.

Избыток тепловых потерь, неизбежно вызываемых этим незначительным превышением, обычно компенсируется временной паузой после останова мотора.

Критерии применения метода вводом постоянного тока

Поскольку значение тока зависит от сопротивления обмотки статора, напряжение на источнике выпрямленного тока невысокое. Обычно источником выступает схема выпрямителя или контроллера скорости.

Эти источники выпрямленного тока должны быть адаптированы к переходным скачкам напряжения, происходящим на обмотках в момент отсоединения от переменного источника питания.

Движение ротора здесь следует рассматривать скольжением относительно поля, зафиксированного в пространстве. Поведение двигателя аналогично синхронному генератору с разгрузкой на роторе.

Поэтому важны отличия характеристик, полученных на торможении вводом выпрямленного тока, по сравнению с противоточной схемой:

  1. Меньше энергии рассеивается на резисторах ротора или в теле ротора. Процесс эквивалентен механической энергии, массово выделяемой при движении. Единственная мощность, потребляемая от сети, — возбуждение статора.
  2. Когда нагрузка не является управляемой, двигатель не запускается в противоположном направлении.
  3. Если нагрузка является управляемой, система действует постоянно и удерживает нагрузку на низкой скорости. То есть достигается фактор замедления, а не полного торможения. Характеристика намного стабильнее, чем у системы противотока.

На моторах с фазным ротором характеристики крутящего момента зависят от выбора резисторов.

Резисторы для систем торможения двигателейВариант тормозных резисторов: 1 — датчик нагрева; 2 — металлический шунт; 3 — высокотемпературный проводник; 4 — проволочный резистивный элемент; 5 — температурный блок; 6 — корпус

На двигателях с короткозамкнутым ротором система позволяет легко регулировать момент торможения электродвигателя, воздействуя на энергетику постоянного тока.

Тем не менее, тормозной момент остаётся низким, если мотор имеет высокие обороты.

Торможение двигателей электронным и сверхсинхронным способом

Эффект электронного торможения достигается относительно просто с помощью регулятора скорости, оснащенного тормозным резистором.

Асинхронный двигатель действует как генератор. Механическая энергия рассеивается на ограничительном резисторе без увеличения потерь в самом двигателе.

Эффект торможения проявляется, когда двигатель достигает верхней точки синхронной скорости с переходом на более высокие значения.

Здесь фактически инициируется режим асинхронного генератора и развивается тормозной момент. Возникающие при этом потери энергии восстанавливаются электросетью.

Подобный режим работы проявляется на двигателях подъёмников при спуске груза с номинальной скоростью. Тормозной момент полностью уравновешивается крутящим моментом от нагрузки.

За счёт этого равновесия удаётся тормозить не ослаблением скорости, а выводом двигателя в режим работы на постоянной скорости.

Для варианта эксплуатации моторов с фазным ротором, все или часть резисторов ротора должны быть накоротко замкнутыми, чтобы двигатель не развивал движение значительно выше номинальной скорости.

Сверхсинхронная система функционально видится идеальной для ограничения движения под нагрузкой, потому что:

  1. Скорость остаётся стабильной и практически не зависит от вращающего момента,
  2. Энергия восстанавливается и возобновляется в сети.

Тем не менее, сверхсинхронное торможение электродвигателей поддерживает только одну скорость вращения, как правило, номинальное вращение.

На частотно-регулируемых двигателях используются сверхсинхронные схемы, благодаря которым изменяется скорость вращения вала от верхнего значения к нижнему значению.

Сверхсинхронное торможение легко достигается с помощью электронного регулятора скорости, который автоматически запускает эту систему при понижении частоты.

Другие тормозные системы

Редко, но всё-таки встречаются системы однофазного торможения. Эта методика включает питание двигателя между двумя фазами сети и подключает незанятый терминал к одному из двух других сетевых подключений.

Торможение двигателя реверсомВариант остановки простым реверсивным переключением — реверс поля вращения, образованного обмотками статора

Тормозной момент ограничивается 1/3 максимального крутящего момента двигателя. Этой системой невозможно остановить мотор на полной нагрузке.

Поэтому такая схема традиционно дополняется противоточным методом. Вариант однофазной блокировки характеризуется значительным дисбалансом и высокими потерями.

Также применяется торможение электродвигателей ослаблением вихревых токов. Здесь работает принцип, аналогичный тому, что используется на промышленных транспортных средствах в дополнение к механическому торможению (электрические редукторы).

Механическая энергия рассеивается в редукторе скорости. Замедление и остановка электродвигателя контролируется простым возбуждением обмотки. Выраженный недостаток этого метода — значительное увеличение инерции.

Практический показ торможения вала двигателя динамически

По материалам: Schneider-electric

zetsila.ru

Особенности пуска синхронных двигателей. Разновидности схем пуска синхронных двигателей.

Синхрон­ный двигатель при подключении его обмоток статора к источнику питания не развивает пускового момента, по­скольку ротор из-за своей инерцион­ности не может мгновенно достичь частоты вращения, равной частоте вращения магнитного поля статора, которая устанавливается почти одно­временно с включением обмотки ста­тора в сеть. Поэтому между полюсами возбужденного ротора и вращающего­ся поля статора не возникает устойчи­вой магнитной связи, создающей син­хронный вращающий момент.

Для пуска синхронного двигателя необходимо предварительно привести ротор во вращение с частотой, близ­кой частоте вращения поля статора. В этих условиях поле статора настоль­ко медленно перемещается относи­тельно полюсов вращающегося рото­ра, что при подключении обмотки возбуждения к источнику питания между полюсами ротора и вращающе­гося поля статора устанавливается маг­нитная связь, обеспечивающая воз­никновение синхронного электромаг­нитного момента. Под действием это­го момента ротор втягивается в синх­ронизм, т.е. начинает вращаться с син­хронной частотой.

Существует несколько способовпуска синхронного двигателя, но практическое применение получил асинхронный пуск. Для его реализа­ции в пазах полюсных наконечников ротора располагают стержни пусковой короткозамкнутой обмотки, выполнен­ной аналогично обмотке короткозамкнутого ротора. Обычно стержни этой обмотки делают из ла­туни или меди и замыкают с двух сто­рон медными кольцами. Для пуска синхронного двигателя замыкают обмотку возбуждения ОВ на резистор r (рисунок), включают в трехфазную сеть обмотку статора. Вра­щающееся поле статора индуцирует в стержнях пусковой обмотки ЭДС и в этих стержнях возникают токи. В ре­зультате взаимодействия этих токов с вращающимся полем статора на каж­дый стержень ротора действует элект­ромагнитная сила . Совокупность таких сил создает на роторе асинхрон­ный электромагнитный момент , поддействием которого ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и поле статора. После разгона ротора до час­тоты вращения, близкой к синхрон­ной (), обмотку возбужденияОВ подключают к источнику постоян­ного тока. При этом двигатель возбуж­дается (полюса ротора намагничива­ются), между вращающимся полем статора и полюсами ротора устанав­ливается устойчивая магнитная связь, создающая синхронный электромаг­нитный момент , и двигатель втяги­вается в синхронизм, т.е. его ротор начинает вращаться синхронно с вра­щающимся магнитным полем. При этом в пусковой обмотке ротора боль­ше не наводится ЭДС, поэтому асин­хронный момент .

Также достаточно распространен метод пуска синхронного двигателя посредством асинхронного, находящегося на одном валу с ним. АД выбирается такой чтобы его номинальная скорость наиболее совпадала с синхронной скоростью СД. Затем происходит пуск асинхронного двигателя. Частота вращения синхронного двигателя приближается к синхронной частоте и в тот момент когда фаза напряжения питающей сети и фаза напряжения статора примерно совпадают, производят включение обмотки статора в сеть и двигатель втягивается в синхронизм.

studfiles.net

Схема - динамическое торможение - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Схема - динамическое торможение

Cтраница 2

При нулевом положении контроллера двигатель включается по схеме динамического торможения с самовозбуждением.  [16]

Торможение синхронного двигателя при необходимости осуществляется по схеме динамического торможения. Для этого обмотка статора отключается от сети переменного тока и замыкается на добавочный резистор или накоротко, а обмотка возбуждения остается подключенной к источнику питания. Торможение противовключением используется редко, так как перевод синхронного двигателя в этот режим сопровождается значительными бросками тока и момента, требует токоограниче-ния и применения сложных схем управления.  [18]

Некоторые трудности могут возникнуть при выборе масштабов для моделирования схем динамического торможения.  [19]

В четвертой главе дается анализ протекания электромеханических переходных процессов в схемах динамического торможения и рассмотрены способы расчета и практической оценки времени, пути и потерь при ди-нам ическом торможении.  [20]

Если требуется электрическое торможение двигателя только для остановки привода, то схема динамического торможения значительно проще и получается с меньшим количеством аппаратов. Если торможение применяется для остановки привода с, тем, чтобы немедленно его реверсировать, проще оказывается схема противовключения.  [21]

Несколько более высокие показатели имеют асинхронные ЭП с кулачковым контроллером при использовании схемы динамического торможения с самовозбуждением.  [23]

На рис. 1 - 23 а показана схема включения двигателя, аналогичная схеме динамического торможения двигателя независимого возбуждения.  [25]

Описаны колебательные моменты, создаваемые качающимися полями, и способы исключения этих моментов в схемах динамического торможения и совместного питания асинхронного двигателя постоянным и переменным током.  [26]

Следует отметить, что, как видно из осциллограмм, распространенное мнение о существовании ударных явлений в схемах динамического торможения на низких скоростях вращении является ошибочным.  [28]

Поскольку при динамическом торможении момент двигателя падает до нуля, привод не может развернуться в обратную сторону, даже если бы схема динамического торможения сохранялась и после его остановки.  [29]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Способ и устройство защиты синхронного двигателя от аварийного торможения

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам и устройствам защиты синхронных двигателей от аварийных режимов работы. Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности защиты двигателя от аварийного торможения. Способ и устройство защиты синхронного двигателя от аварийного торможения основаны на измерении механических напряжений в деталях крепления станины двигателя к основанию, пропорциональных тормозному моменту двигателя, с помощью тензореле, которое подает сигнал на отключение синхронного двигателя при величине тормозного момента, большей порогового значения. Использование изобретения уменьшает вероятность возникновения тяжелых аварий в случае неуспешной синхронизации двигателя или при выпадении его из синхронизма. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам защиты электрооборудования от аварийных режимов работы.

Известны способы защиты синхронных двигателей от асинхронного хода и аварийного торможения (Слодарж М.И. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных электродвигателей. М., «Энергия», 1977), построенные по признаку увеличения тока в статорной обмотке при аварийных режимах, по наличию переменной ЭДС в обмотке возбуждения, с помощью устройства отсчета числа электрических проворотов ротора при асинхронном режиме.

Указанные способы имеют недостатки. Большой бросок тока статора, соизмеримый по величине с начальным пусковым током, может иметь место и при успешной синхронизации, когда после нескольких качаний двигатель входит в синхронизм, а также при ударной нагрузке двигателя. Это требует сложной отстройки тока выпадения из синхронизма от нормальных переходных токов машины.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип способом является способ защиты синхронного двигателя от асинхронного режима по патенту RU 2095908, кл. 6 Н 02 Н 7/06, 1997 г., в котором реализован способ защиты, основанный на измерении физических переменных величин машины, а именно угла между векторами напряжения и внутренней ЭДС машины, и контроле за направлением активной мощности, осуществляемом в заданных интервалах контролируемого угла.

Недостатками прототипа являются:

1) сложность и высокая стоимость защитных устройств, реализующих этот способ защиты двигателя;

2) низкая надежность, обусловленная отстройками от изменения угла между векторами ЭДС и напряжения при переходных процессах, возникающих при успешной грубой синхронизации двигателя, а также качаниями ротора при резкопеременных нагрузках;

3) недостаточно высокое быстродействие, обусловленное временем, затрачиваемым на анализ направления активной мощности машины.

Известно применение тензореле для измерения механических напряжений сжатия и растяжения в элементах конструкции рабочих машин различного назначения (патент RU 02164669 «Тензорезистивный датчик силы» (7 G 01 L 1/22)). Типовая схема тензореле контроля механического напряжения в деталях машин описана в книге [В.И.Литвак. Тензореле. М.: Машиностроение, 1989]. Схема тензореле содержит следующие блоки: упругие элементы, тензорезисторы, измерительную схему, источник питания, усилитель-преобразователь, исполнительный орган, в качестве которого может выступать электромагнитное реле или геркон. Однако патентный поиск не выявил применения тензореле в устройствах защиты синхронных электродвигателей от аварийного торможения.

Известно устройство защиты синхронных двигателей от асинхронного хода и аварийного торможения (Слодарж М.И. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных электродвигателей. М., «Энергия», 1977, с.156), содержащее синхронный двигатель с трехфазной обмоткой статора, обмоткой возбуждения и пусковой на роторе, выключатель в цепи статора для включения и выключения двигателя, возбудитель с приборами управления и аппаратуру релейной защиты двигателя, где в качестве защитного устройства использовано реле тока с независимой от тока выдержкой времени срабатывания. Устройство содержит также промежуточное реле и реле времени. Промежуточное реле имеет замедление на возврат, предотвращающее возврат реле времени при биениях тока асинхронного режима.

Недостатками такого устройства являются сложность и дороговизна, невысокая надежность, недостаточное быстродействие, причины которых раскрыты при описании прототипа способа.

Технической задачей является повышение надежности и эффективности защиты синхронного двигателя от аварийного торможения.

Решение задачи достигается тем, что в способе защиты синхронного двигателя от аварийного торможения, включающем измерение переменной физической величины в детали конструкции электродвигателя, в качестве переменной физической величины используют механическое напряжение в деталях крепления электродвигателя к основанию и отключение двигателя от источника питания производится при перераспределении механического напряжении в этих деталях и превышении напряжением порогового значения.

Реализация способа осуществляется устройством защиты синхронного двигателя от аварийного торможения, содержащим синхронный двигатель с трехфазной обмоткой на статоре и обмотками возбуждения и пусковой на роторе, выключатель с электромагнитным приводом для включения и выключения двигателя, возбудитель с приборами управления и аппаратуру релейной защиты двигателя, которое имеет тензореле с двумя тензорезисторами, установленными на опорных деталях крепления с двух сторон от станины двигателя, снабженное анализатором направления момента двигателя, при этом исполнительный орган реле включен в цепь питания электромагнитного привода выключателя.

Использование новых признаков для выявления аварийного режима, а также использование тензореле в устройстве защиты двигателя и изменение структуры тензореле соответствует критерию «новизна».

По сравнению с прототипом способ обладает следующими отличительными признаками: в качестве физической переменной величины используется тормозной момент двигателя, т.е. именно та физическая величина, которая является причиной торможения; сигнал на отключение двигателя формируется при появлении первого признака торможения без затрат времени на оценку изменения активной мощности машины; устройства, реализующие предложенный способ, значительно проще устройств, реализующих принцип действия прототипа. Таким образом, способ обладает признаками, соответствующими критерию «положительный эффект».

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг.1, 2 и 3. На фиг.1 представлена схема защищаемого электродвигателя и защитного устройства; на фиг.2 представлена блок-схема тензореле заявленного устройства; на фиг.3 приведен пример схемы управления выключателя с использованием тензореле в качестве устройства защиты электродвигателя.

Синхронный двигатель с горизонтальным валом (фиг.1) имеет станину 1, которая с помощью двух деталей крепления (лап) 2 и 3 крепится на основании машины 4 (фундаменте). Ротор 5 двигателя сочленен с рабочей машиной через передаточный орган (два последних на чертеже не показаны). На лапах 2 и 3 установлены тензорезисторы (датчики) 6 и 7 механического напряжения лап. Тензорезисторы воспринимают напряжения сжатия и растяжения в лапах от действия крутящего момента станины. Тензорезисторы 6 и 7 проводниками 8 присоединены к электронному блоку тензореле 9, подающему сигнал на отключение выключателя 10 двигателя, имеющего электромагнитный привод. Возбудитель 11 обеспечивает синхронный двигатель током возбуждения, обеспечивает управление обмоткой возбуждения при асинхронном пуске и является стандартным устройством конструкции синхронного двигателя.

На фиг.2 представлены упругие элементы 2 и 3, в качестве которых выступают лапы электродвигателя, тензорезисторы 6 и 7, измерительная схема 12, получающая питание от источника питания 13 и соединенная проводниками 8 с тензорезисторами 6 и 7, анализатор направления момента двигателя 14, определяющий, какое из электрических сопротивлений тензорезисторов 6 и 7 больше, усилитель электрических сигналов 15, также, как и схема 12 получающий питании от источника 13. Измерительная схема 12 передает электрический сигнал анализатору направления момента 14, усилителю 15 и далее исполнительному органу 16, в качестве которого могут использоваться электромагнитное реле или геркон. Исполнительный орган 16 размыкающим контактом воздействует на цепь управления выключателя 10, т.е. его электромагнитный привод.

В качестве измерительной схемы 12 может быть использован четырехплечий измерительный мост постоянного тока с включением тензорезисторов в смежные плечи моста. Полярность напряжения на выходе моста определяется направлением изменения электрического сопротивления тензорезисторов. В качестве анализатора направления момента 14 может использоваться диод.

На фиг.3 кнопочная станция с кнопками «стоп» 17 и «пуск» 18 соединена последовательно с электромагнитным приводом (магнитной катушкой) выключателя 19, силовые контакты 10 которого подключают статорную обмотку двигателя к сети. Блокировочный контакт 20 выключателя включен последовательно с размыкающим контактом 21 исполнительного органа тензореле, и они совместно шунтируют кнопку «пуск» 18. К цепи управления выключателя приложено напряжение Uy.

Новой является область применения тензореле для защиты синхронного двигателя от аварийного торможения. Новизна конструктивной схемы тензореле заключается в введении анализатора направления момента 14, позволяющем адаптировать тензореле к задаче защиты электродвигателя.

Способ и устройство имеют следующий принцип работы. У отключенного двигателя на лапы 2 и 3 действует его сила тяжести, создавая в них примерно одинаковое механическое напряжение сжатия. Это напряжение не фиксируется тензорезисторами, поскольку они устанавливаются на лапах после их нагружения весом двигателя.

При пуске и нормальной работе двигателя на его ротор действует крутящий момент Мдв, направленный по направлению вращения ротора (фиг.1). Такой же по величине и противоположно направленный момент Мст действует на станину, вызывая перераспределение механического напряжения в лапах двигателя: на набегающей лапе 2 сжатие уменьшается или переходит в растяжение, на сбегающей лапе 3 сжатие усиливается. Разность механических напряжений в лапах пропорциональна крутящему моменту Мст.

Аварийное торможение двигателя возникает при появлении электромагнитного тормозного момента. При этом направление моментов, действующих на ротор и станину, изменяется на противоположное. В этом случае усиливается сжатие лапы 2 и уменьшается сжатие лапы 3 с возможной сменой знака этих механических напряжений (т.е. перехода от растяжения к сжатию или наоборот). Это изменение фиксируется тензореле 9, и последнее подает выключателю 10 команду на отключение электродвигателя от сети (источника электроэнергии). Такого же по характеру и величине изменения механических напряжений в лапах 2 и 3 не происходит при других возможных режимах синхронного двигателя и потому является однозначным признаком аварийного торможения двигателя.

Блок-схема, представленная на фиг.2, работает следующим образом. При пуске и нормальной работе двигателя в синхронном режиме в лапе 3, как упругом элементе, механическое напряжение больше, чем в упругом элементе 2, соответственно электрическое сопротивление тензорезистора 6 меньше, чем тензорезистора 7. Измерительная схема 12 реагирует на такое изменение величины сопротивления тензорезисторов появлением отрицательного сигнала на выходе, который подается на анализатор направления момента 14. Анализатор 14 не передает отрицательный сигнал усилителю 15, и исполнительное реле 16 не получает сигнал на размыкание цепи управления выключателя двигателя. Выключатель 10 оставляет двигатель подключенным к источнику.

При появлении тормозного момента, вызывающего аварийное торможение двигателя, механические напряжения в упругих элементах изменяются: в упругом элементе 2 оно становится больше, чем в 3, электрическое сопротивление тензорезистора 6 становится больше, чем тензорезистора 7, измерительная схема 12 (фиг.2) реагирует на это изменение величины электрического сопротивления тензорезисторов сменой знака и величины выходного сигнала, анализатор направления момента 14 передает положительный сигнал на вход усилителя 15. Усиленный электрический сигнал передается исполнительному органу 16, который размыкает электрический контакт в цепи управления выключателя, вызывая отключение электродвигателя от сети.

При отсутствии аварийного торможения контакт 21 тензореле замкнут (фиг.3) и не препятствует включению и работе двигателя. При появлении аварийного торможения контакт 21 размыкается и размыкает цепь магнитной катушки выключателя, в результате чего последний размыкает контакты 10 и 20, отключая двигатель от сети.

Повышение эффективности защиты достигается увеличением быстродействия отключения, поскольку появление тормозного момента проявляется в самый начальный период аварийного торможения, а тензореле обладает высоким быстродействием, поскольку не имеет инерционных элементов. Высокая надежность устройства определяется, с одной стороны, однозначностью признака аварийного торможения двигателя, большим диапазоном изменения механических напряжений в лапах двигателя, что обусловливает надежное срабатывание тензореле и, с другой стороны, высокой конструктивной надежностью современных тензореле.

Схема защитного устройства с двумя тензорезисторами обладает высокой чувствительностью и не требует компенсации температурной погрешности. Вместе с тем она относительно сложна. В некоторых случаях, например для электродвигателей малоответственных механизмов, схема защитного устройства может быть упрощена использованием только одного тензорезистора, установленного на одной из опорных лап электродвигателя. Наши испытания устройства показали, что лучшие результаты дает установка тензорезистора на сбегающей лапе 3 двигателя; в этом случае сопротивление тензорезистора во время аварийного торможения увеличивается, а настройка тензореле упрощается.

В тех случаях, когда температура лап двигателя изменяется в большом диапазоне, применение одного тензорезистора требует использования устройства компенсации температурной погрешности измерения. Наиболее простым типовым решением вопроса компенсации температурной погрешности измерения является использование такого же тензорезистора в качестве пассивного элемента измерительного моста с установкой его вблизи активного датчика в месте с аналогичной температурой, где не происходит изменение механического напряжения. Таким местом является верхняя поверхность горизонтальной части опорной лапы с ориентировкой тензорезистора параллельно оси вращения двигателя.

Использование изобретения повышает надежность работы синхронного двигателя, упрощает и удешевляет защитное устройство.

1. Способ защиты синхронного двигателя от аварийного торможения, включающий измерение переменной физической величины в детали конструкции электродвигателя, отличающийся тем, что в качестве переменной физической величины используют механическое напряжение в деталях крепления электродвигателя и при перераспределении механического напряжения в этих деталях, смене его знака и превышении механическим напряжением порогового значения производят отключение двигателя от источника питания.

2. Устройство защиты синхронного двигателя от аварийного торможения, содержащее синхронный двигатель с трехфазной обмоткой на статоре, и обмотками возбуждения и пусковой на роторе, выключатель с электромагнитным приводом, силовые контакты которого подключают статорную обмотку к сети, возбудитель, который обеспечивает синхронный двигатель током возбуждения и управление обмоткой возбуждения, отличающееся тем, что имеет тензореле с двумя тензорезисторами, установленными на опорных деталях крепления с двух сторон от станины синхронного двигателя, снабженное анализатором направления момента синхронного двигателя, определяющий, какое из электрических сопротивления тензорезисторов больше и передающий сигнал исполнительному органу тензореле, который включен в цепь питания электромагнитного привода выключателя для включения и выключения синхронного двигателя.

www.findpatent.ru

Тормозные режимы асинхронного двигателя

Теория электропривода

АД может работать во всех трех тормозных режимах:

А) с рекуперацией энергии в сеть;

Б) противовключение;

В) динамическое торможение.

А) Торможение с рекуперацией энергии в сеть.

При отсутствии внешнего статического момента на валу двигатель, подключенный к сети будет вращаться со скоростью, близкой к синхронной. При этом из сети потребляется энергия, необходимая для покрытия потерь. Если за счет внешней силы ротор вращается с синхронной скоростью, то сеть будет покрывать только потери в статоре, а потери в роторе (механические и в стали) будут покрываться внешней силой.

В двигательном режиме, когда вращающееся магнитное поле пересекает проводники обмоток статора и ротора в одинаковом направлении, ЭДС статора Е1 и ротора Е2 совпадают по фазе. При w=w0 ЭДС в роторе не наводится, т. е. равна 0. При w>w0 проводники обмотки статора пересекаются вращающимся полем в прежнем направлении, а проводники ротора – в противоположном.

ЭДС ротора Е2 меняет свой знак на обратный; машина переходит в генераторный режим с рекуперацией энергии. Что касается тока, то изменяет свое направление только его активная составляющая. Реактивная составляющая при отрицательном скольжении сохраняет свое направление. Это видно и из выражения для тока ротора (при S<0 S2>0).

Такие же выводы можно сделать и на основе анализа активной (электромагнитной) и реактивной мощностей. Действительно, из выражения для РЭМ следует, что при S<0 PЭМ>0 Т. е. активная мощность меняет направление (передается в сеть), а из выражения для Q2 следует, что при S<0 реактивная мощность вторичного контура Q2 сохраняет свой знак независимо от режима работы машины.

Это значит, что асинхронная машина как в двигательном, так и в генераторном режиме потребляет реактивную мощность, необходимую для создания магнитного поля.

Торможение с отдачей энергии в сеть используется в подъемно-транспортных установках, при спуске тяжелых грузов. Под действием груза ротор машины будет вращаться со скоростью w>w0, машина переходит в генераторный режим и начинает создавать тормозной момент. При равенстве M=Mc груз будет опускаться с установившейся скоростью wc, как показано на рисунке. Необходимо иметь в виду, что для обеспечения нормального спуска груза Mc не должен превышать критический момент в генераторном режиме. При реактивном моменте сопротивления кратковременно режим с рекуперацией энергии в сеть можно получить, если АД допускает переключение обмотки статора с одной пары полюсов на другую, как показано на приведенном графике.

Режим с рекуперацией имеет место на участке ВС после переключения обмотки статора с числа пар полюсов rП=1 на rП=2 .

Б) Торможение противовключением.

В режиме противовключения ротор двигателя вращается в направлении, противоположном действию момента двигателя. Его скольжение S>1, а частота тока в роторе больше частоты питающей сети ( ). Поэтому несмотря на то, что ток ротора больше номинального в 7 –9 раз, т. е. больше пускового тока, момент в следствие большой частоты тока, следовательно большого индуктивного сопротивления роторной цепи ( ), будет невелик. Поэтому для увеличения момента и одновременного уменьшения тока в цепь ротора включают большое добавочное сопротивление, величину которого можно подсчитать по выражению

Где Е20 - номинальная ЭДС ротора при S=1

Sн – номинальное скольжение

Sн и – скольжение при номинальной нагрузке на искусственной характеристике.

При спуске груза в режиме противовключения торможение протекает на прямолинейном участке механической характеристики, жесткость которой определяется активным сопротивлением в цепи ротора. Механическая характеристика АД при тормозном спуске груза в режиме противовключения изображена на рисунке. Для торможения противовключением при реактивном моменте сопротивления необходимо на ходу двигателя изменить порядок следования фаз питающего напряжения и одновременно ввести в цепь ротора добавочное сопротивление с целью ограничения первоначального броска тока и одновременного увеличения тормозного момента. Механическая характеристика в этом случае выглядит так, как показано на рисунке. Торможение противовключением КЗАД при реактивном моменте сопротивления не эффективно, так как начальный тормозной момент при скольжении, близком к 2, из-за большого реактивного сопротивления, равного , будет незначительным (см. рис. отрезок ).

В) Динамическое торможение с независимым возбуждением постоянным током

При отключении обмотки статора АД от сети, сохраняется лишь незначительный магнитный поток от остаточного намагничивания стали статора. ЭДС наводимая во вращающемся роторе и ток в роторе будут весьма малыми. Взаимодействие тока ротора с потоком от остаточного намагничивания не может создать сколько-нибудь значительного электромагнитного момента. Поэтому для получения должного тормозного момента необходимо искусственно создать надлежащий магнитный поток статора. Это может быть достигнуто подачей в обмотки статора постоянного тока или подключением к ним конденсаторов или тиристорного преобразователя частоты, обеспечивающего протекание по обмоткам статора емкостного тока, т. е. опережающего тока, создающего эффект емкости. В 1-м случае будет иметь место режим динамического торможения с независимым возбуждением, во 2-м – с самовозбуждением.

При динамическом торможении с независимым возбуждением обмотки статора отключаются от сети трехфазного тока и подключаются к источнику постоянного тока. Этот ток создает неподвижный в пространстве магнитный поток, который при вращении ротора наведет в последнем ЭДС. Под действием ЭДС в обмотках ротора потечет ток, от взаимодействия которого с неподвижным потоком возникает тормозной момент. Двигатель превращается в синхронный генератор с неявновыраженными полюсами, работающий при переменной скорости.

Симметричное включение 3-х обмоток статора в сеть постоянного тока невозможно без их переключений. Обычно используется одна из схем, приведенных на рис.

Поскольку при питании постоянным током обмотки обладают только омическим сопротивлением, для получения нужного значения тока достаточно небольшого по величине напряжения. В качестве источника постоянного тока для двигателей небольшой и средней мощности используются полупроводниковые выпрямители, а для крупных двигателей могут использоваться специальные генераторы постоянного тока низкого напряжения.

Для вывода уравнения механической характеристики АД в режиме динамического торможения режим синхронного генератора, в который превращается АД после подключения к источнику постоянного тока, целесообразно заменить эквивалентным режимом АД, полагая, что его статор вместо постоянного питается переменным током. При такой замене МДС создается совместно обмотками статора и ротора и должно быть соблюдено равенство МДС для обоих случаев, т. е. FПОСТ=FПЕР. Определение МДС, создаваемой постоянным током IПОСТ для схемы “а”, поясняет рис. и векторная диаграмма, изображенные рядом.

. Амплитуда МДС, создаваемой переменным током I1 при протекании его по обмоткам статора: . Исходя из условия . Отсюда значение переменного тока, эквивалентного постоянному: , а . Необходимые напряжения и мощность постоянного тока : .

Определив ток I1, машину в тормозном режиме можно представить как нормальный АД. Однако, работа АМ в режиме динамического торможения существенно отличается от работы в нормальном двигательном режиме. В двигательном режиме намагничивающий ток и магнитный поток при изменении скольжения практически не изменяются. При динамическом торможении магнитный поток при изменении скольжения меняется вследствие непрерывного изменения результирующей МДС, складывающейся из неизменной МДС статора (постоянного тока) и меняющейся МДС ротора (переменного тока переменной частоты).

Результирующий намагничивающий ток, приведенный к числу витков обмотки статора . Из векторной диаграммы токов следует:

Возведя в квадрат Эти выражения и почленно складывая, получим: .Намагничивающий ток равен .

В приведенной машине , где E2’ – ЭДС ротора при синхронной скорости w0, соответствующей частоте сети. При w отличной от w0, ЭДС ротора будет равна: , где n - относительная скорость или иначе – скольжение в режиме динамического торможения. При этом уравнение равновесия ЭДС для роторной цепи имеет вид: , а намагничивающий ток, выраженный через E2’: .

Полное сопротивление ротора с учетом того, что его индуктивное сопротивление изменяется с изменением скорости вращения ротора: .

Учитывая, что и подставляя значения Im, siny2 и Z2’ в уравнение для I12, из полученного соотношения находится ток I2’, который будет равен: .

Электромагнитный момент, развиваемый двигателем, выраженный через электромагнитную мощность: , где m1 – число фаз обмотки статора.

Из выражения для М видно, что момент при динамическом торможении определяется переменным током I1, эквивалентным постоянному, протекающему по обмоткам статора.

Взяв производную и приравняв ее к 0, найдем, что момент будет максимален при относительной скорости: , а значение этого момента, также называемого критическим, равно: .

Механические характеристики при различном значении постоянного тока и различном сопротивлении роторной цепи изображены на рисунке. Кривые 1 и 2 соответствуют одинаковому значению сопротивления цепи ротора и различным значениям постоянного тока в статоре, а кривые 3 и4 – тем же значениям постоянного тока, но большему сопротивлению цепи ротора.

Из выражения для МК следует, что критический момент двигателя в режиме динамического торможения не зависит от активного сопротивления цепи ротора.

Разделив значение М на значение МК, уравнению механической характеристики можно придать вид: .

2) Торможение с самовозбуждением

Этот способ торможения иногда применяется в установках с к. з. АД. Суть его заключается в том, что статор двигателя отключается от сети и к его обмоткам подключается батарея конденсаторов. Машина будет работать самовозбужденным асинхронным генератором с отрицательным скольжением по отношению к магнитному полю, созданному в статоре свободными токами низкой частоты. Поэтому на валу двигателя возникает тормозной момент, величина которого тем больше, чем больше начальное значение отрицательного скольжения.

Толчок для самовозбуждения создает ЭДС, индуктируемая в обмотках статора потоком остаточного намагничивания вращающегося ротора. При вращении ротора со скоростью (50-100%) от w0 поток остаточной индукции наводит в обмотках статора ЭДС порядка 0,5-1,5 В.

Время переключения АД с момента отключения от сети и до присоединения емкости составляет 0,05-0,1 С. За это время поток ротора не успевает затухнуть окончательно. Поэтому самовозбуждение АД после присоединения емкости развивается за сотые доли секунды. Поскольку конденсаторы в данном случае находятся под напряжением весьма короткое время, оказывается возможным использование конденсаторов с номинальным напряжением, меньшим, чем если бы конденсаторы были подключены «наглухо», т. е. всегда. Да и срок службы их значительно больше, чем при глухоподключенной емкости.

ЭДС от остаточного намачивания Е0, приложенная к конденсаторам, обеспечивает протекание по обмоткам статора емкостного тока I0.

Он создает вращающееся магнитное, которое увеличивает ЭДС и напряжение на статоре. Напряжение на конденсаторах возрастает до величин Е01 (см. график). Это вызовет увеличение тока через конденсаторы до Iμ1 и т. д. Процесс самовозбуждения протекает аналогично процессу самовозбуждения генератора постоянного тока.

Он будет продолжаться до тех пор, пока не наступит равновесие ЭДС генератора и напряжения на зажимах конденсаторов (точка А), т. е. рост тока и ЭДС будет продолжаться до тех пор, пока не наступит насыщение магнитной системы АД. Так же, как и машина постоянного тока асинхронная машина возбуждается лишь при некотором конечном значении скорости, которая зависит от параметров машины и емкости конденсаторов и при выполнении условия ωротора > ω0 – угловой скорости поля статора, созданного токами низкой частоты. Следовательно, существует нижняя граница конденсаторного самовозбуждения, которой соответствует wр, скольжение S, угловая частота свободных колебаний тока в статоре, которые называются нижними критическими.

Для определения скорости ротора, при которой возникает самовозбуждение, воспользуемся упрощенной схемой замещения для начального момента времени после отключения статора от сети и подключения батареи конденсаторов.

Уравнение равновесия ЭДС в обмотке статора для этого момента времени

Где

msd.com.ua

способы регулирования скорости синхронных двигателей

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2016-06-20

19) Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя. Механические характеристики. Машинные и статические преобразования частоты.

Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя.

Механические характеристики.

Машинные и статические преобразования частоты.

20) Регулируемый асинхронный электропривод в системе двойного питания. Схема включения асинхронного двигателя.

21) способы регулирования скорости синхронных двигателей.

22) Регулируемый привод переменного тока с вентильным двигателем.

23) Тормозной режим двигателя постоянного тока независимого возбуждения с отдачей энергии в сеть. Механические характеристики.

24) Динамическое торможение двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Схема. Механические характеристики.

25. Торможение двигателя постоянного тока противовключением. Схема. Механические характеристики.

26) Способы электрического торможения двигателя постоянного тока последовательного возбуждения. Механические характеристики.

27) Способы электрического торможения двигателя постоянного тока смешанного возбуждения. Механические характеристики.

Смотреть про торможение двигателя независимого и последовательного возбуждения.

28) Тормозной режим асинхронного двигателя с отдачей энергии в сеть. Механические характеристики.

29) Динамическое торможение асинхронного двигателя. Схемы. Механические характеристики. 

30) Торможение асинхронного двигателя противовключением. Механическая характеристика.

31) Способы электрического торможения синхронных двигателей. Схема динамического торможения синхронного двигателя.

Торможение синхронных двигателей. Как и у других электродвигателей, оно осуществляется переводом их в генераторный режим, в котором они развивают на своем валу тормозной момент. Наиболее часто при этом используется схема динамического торможения ,которая соответствует генераторному режиму двигателя при его работе независимо от сети переменного тока.

В этой схеме обмотки статора двигателя 2 отключаются от сети переменного тока и закорачиваются на добавочные резисторы 1 (или накоротко), а обмотка возбуждения остается подключенной к источнику возбуждения UB через регулировочный резистор 3. Двигатель при этом будет иметь механические характеристики, аналогичные характеристикам асинхронного двигателя, представленным на рис. 5.26, б.

Торможение противовключением используется очень редко, так как перевод двигателя в этот режим сопровождается значительными бросками тока и момента, требует токоограничения и применения сложных схем управления.

32) динамика электропривода. Уравнение движения электропривода при поступательном движении.

       

33) Динамика электропривода. Уравнение движения привода при вращательном движении.

samzan.ru

Торможение асинхронного двигателя

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 32Следующая ⇒

Если при работе асинхронного двигателя изменить направление вращения поля, то оно будет тормозить ротор. Этот режим называется режимом электромагнитного тормоза. При электромагнитном торможении скорость вращения ротора , т.е. она направлена против направления вращения поля . Поэтому в режиме электромагнитного тормоза скольжение больше единицы.

Для скоростного торможения (остановки) механизма пользуются торможением противовключения (или торможением противотоком). При этом создаются большие тормозные моменты.

Применяют также режим динамического торможения. Он заключается в следующем: статор асинхронного двигателя отключают от сети переменного тока, затем две или три фазы обмотки статора включают на постоянное напряжение и долее на обмотку ротора включают активное сопротивление. При этом статор индуцирует постоянный поток, а ЭДС ротора гасится на активном сопротивлении.

Однофазные асинхронные двигатели

Однофазные асинхронные двигатели имеют широкое применение при небольших мощностях (до 1 – 2кВт). Такой двигатель отличается от обычного трехфазного двигателя тем, что на статоре его помещается однофазная обмотка. Поэтому любой трехфазный АД может быть использован в качестве однофазного путем соответствующего включения обмоток статора. Ротор однофазного АД может иметь фазную или короткозамкнутую обмотку.

Особенность однофазных АД является отсутствие начального (пускового) момента. Применяются два способа создания в двигателях, подключаемых к одной фазе сети, пускового момента, в соответствии, с чем эти двигатели делятся на однофазные и двухфазные.

Если ротор однофазного двигателя раскрутить в любую сторону при помощи внешней силы, то в дальнейшем этот ротор будет вращаться самостоятельно и может развивать значительный вращающий момент. Поэтому эти двигатели всегда снабжаются пусковым устройством. Наиболее простым пусковым устройством является дополнительная катушка, размещаемая на статоре с пространственным сдвигом относительно основной на половину полюсного деления. Обе обмотки статора питаются от симметричной двухфазной сети с одинаковыми по величине напряжениями, но сдвинутыми на четверть периода (π /2) по фазе. В этом случае токи, возникающие в катушках (в фазах статорной обмотки), окажутся также сдвинутыми по фазе на четверть периода, что вместе с пространственным сдвигом катушек обеспечивает появление вращающегося магнитного поля, под действием которого двигатель развивает пусковой момент. В случае, когда двухфазная сеть отсутствует, пуск однофазного двигателя осуществляется включением двух катушек в одну общую для них однофазную сеть. Для получения угла сдвига фаз между токами в катушках, примерно равного , одну фазу (рабочую катушку) включают в сеть непосредственно, а вторую (пусковую) – через катушку индуктивности или конденсатор. Пусковая фаза обмотки включается только на период пуска в ход. Отключение пусковой обмотки асинхронного двигателя производится специальным выключателем или реле.

Асинхронные двигатели с расщепленными полюсами можно рассматривать как промежуточные между однофазными и двухфазными АД. Пусковое устройство в этих двигателях может оставаться включенным и при нормальной работе двигателя. Этот двигатель снабжен (пусковой) короткозамкнутой обмоткой, которая охватывает часть явновыраженного полюса, на котором размещена рабочая обмотка. В двигателе создается система двух переменных магнитных потоков, не совмещенных пространственно и сдвинутых по фазе, следовательно возникает вращающееся магнитное поле, которое, воздействуя на короткозамкнутый ротор, создает соответствующий вращающий момент.

 

Двухфазные асинхронные двигатели

Эти асинхронные двигатели называются конденсаторными, потому что кроме рабочей обмотки снабжаются второй обмоткой, соединяемой последовательно с конденсатором. Увеличение емкости конденсатора вызывает увеличение максимального момента машины, который будет развивать двигатель при больших нагрузках и при больших скоростях. При увеличении емкости увеличивается также и пусковой момент двигателя. Однако увеличение емкости батареи конденсаторов в рабочем режиме нежелательно, так как это ведет к снижению скорости и понижает КПД двигателя. Поэтому конденсаторные двигатели выполняют с двумя батареями конденсаторов - с постоянно включенной рабочей емкостью и пусковой емкостью, включаемой только на период пуска в ход двигателя.

Двигатели с полым ротором имеют вместо обычного ротора с короткозамкнутой обмоткой ротор в виде полого тонкостенного алюминиевого цилиндра («стаканчика»), вращающегося в узком воздушном зазоре между статором и неподвижным центральным сердечником из листовой стали (внутренним статором).

Синхронные машины

Преимущества и недостатки синхронной машины. Своеобразие синхронных машин определяет их преимуще­ства и недостатки в сравнении с машинами других классов. Преимуще­ства синхронных машин следующие:

- высокие КПД и коэффициент мощности;

- абсолютно жесткая механическая характеристика двигателя;

- независимость частоты ЭДС генератора от нагрузки машины.

Однако синхронные машины имеют и недостатки, кото­рые в ряде случаев ограничивают их использование: сложная конструкция; необходимость использования двух источников напряжения (пере­менного трехфазного и постоянного) для двигателя; затруднения с пуском двигателя.

Читайте также:

lektsia.com