§ 48. ТОРМОЗНЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
При анализе основного уравнения движения привода (62) было показано, что при определенных условиях электродвигатель может развивать отрицательный момент, т. е. момент, действующий навстречу вращению электропривода. Такой режим работы двигателя называется тормозным.
Тормозной режим может быть установившимся и переходным. Установившийся режим торможения возникает при спуске груза, движении электрички или трамвая под уклон и т. д. Он может возникнуть только при наличии в приводе положительного активного статического момента. Переходный режим торможения возникает при остановке привода или переходе его с одной установившейся частоты вращения на другую при любом статическом моменте сопротивления и на холостом ходу.
Электродвигатели могут работать в различных тормозных режимах. На практике распространены три способа торможения: рекуперативное, динамическое и противовключением.
Рекуперативное торможение.
Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения переходит в режим рекуперативного торможения, когда частота вращения его под действием внешних сил становится больше частоты вращения идеального холостого хода. При этом э. д. с. якоря превышает напряжение сети, ток якоря в соответствии с формулой (68) меняет направление, и двигатель начинает работать как генератор параллельно с генераторами электростанции, принимая часть общей нагрузки на себя. Естественно, на валу двигателя в этом случае развивается момент не вращающий, а тормозной.
Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения не может работать в режиме рекуперативного торможения. Для перехода в этот режим необходимы условия, при которых э. д. с. якоря будет больше напряжения сети, но при увеличении э. д. с. уменьшается ток, а значит, и поток возбуждения. Понятно, что э. д. с. при этом не может превысить напряжения сети.
У двигателей постоянного тока смешанного возбуждения при переходе в режим рекуперативного торможения чаще всего последовательная обмотка исключается шунтированием.
Рекуперативное торможение асинхронных двигателей начинается тогда, когда частота вращения ротора под действием внешних сил превысит частоту вращения поля. Скольжение при этом становится отрицательным, и двигатель переходит в режим асинхронного генератора, работающего параллельно с генераторами электростанции.
Рекуперативное торможение отличается высокой экономичностью, поскольку энергия тормозящихся масс превращается в электроэнергию и отдается в сеть. Практически это приводит к тому, что нагрузка на генераторы электростанции уменьшается. Очень важно также, что при переходе из двигательного режима в тормозной и наоборот никаких переключений в схеме управления двигателем не делается. Все зависит от действия внешних сил. Например, при спуске холостого гака или легкого груза двигатель работает в силовом режиме, а при спуске более тяжелого груза он автоматически переходит в тормозной режим, при этом же положении поста управления лебедкой или краном.
Рис. 114. Схемы включения двигателей постоянного тока и асинхронного при динамическом торможении
Если на судне одновременно переходят в режим рекуперативного торможения несколько относительно мощных электродвигателей, они могут полностью разгрузить генератор на электростанции, который в свою очередь перейдет в режим работы двигателя, и защита от обратной мощности (тока) выключит его. Такая ситуация нередко возникает во время грузовых операций, когда лебедки или краны, скажем, двух трюмов спускают груз одновременно, а остальная нагрузка на генератор невелика.
Недостатком рекуперативного торможения является то, что торможение осуществляется только при частоте вращения большей, чем частота вращения идеального холостого хода.
Динамическое торможение.
Если якорь двигателя постоянного тока отключить от сети и замкнуть на реостат, а обмотку возбуждения оставить подключенной к сети (рис. 114, а), то двигатель переходит в режим работы автономного генератора с независимым возбуждением. Нагрузкой для этого генератора является реостат. Следовательно, кинетическая энергия тормозящихся масс превращается в электрическую и выделяется в виде тепла на резисторе и в обмотке якоря.
В процессе динамического торможения двигателей постоянного тока из сети потребляется энергия, необходимая только для возбуждения. У двигателей параллельного возбуждения мощность, затрачиваемая на возбуждений в двигательном и тормозном режимах одинакова (2—3% номинальной).
При динамическом торможении двигателей последовательного возбуждения их обмотку, рассчитанную на номинальный ток двигателя, приходится включать в сеть через дополнительный реостат, также рассчитанный на номинальный ток двигателя. Мощность, потребляемая этой цепью из сети, соизмерима с номинальной мощностью двигателя.
Динамическое торможение двигателей смешанного возбуждения обычно осуществляется при отключенной последовательной обмотке.
Режим динамического торможения асинхронных двигателей возникает тогда, когда обмотка статора отключается от сети переменного тока и подключается к сети постоянного тока (рис. 114, б), т, е. размыкаются контакты Л и замыкаются контакты Т. При этом постоянный ток, протекающий по обмотке статора, создает неподвижное магнитное поле. Оно индуктирует во вращающемся роторе э. д. с., под действием которой в обмотке ротора потечет ток, а его взаимодействие с неподвижным полем создаст тормозной момент. Кинетическая энергия торможения превращается в электрическую, выделяясь в виде тепла в цепи ротора.
Динамическое торможение происходит до полной остановки привода. Однако энергия тормозящихся масс полезно не используется, и в случае перехода от двигательного режима к тормозному должна переключаться схема управления.
Динамическое торможение применяют чаще всего для быстрой и точной остановки электропривода, например в рулевом устройстве, в приводе поворота башни крана.
Торможение противовключением.
Когда двигатель включен на вращение в одну сторону, но под действием внешних сил вращается в другую, происходит торможение противовключением. Этот режим является тяжелым для двигателей постоянного и переменного тока, так как связан с резким увеличением тока. Здесь не только энергия тормозящихся масс, но и значительная энергия, потребляемая из сети, превращается в тепло на сопротивлениях обмоток двигателя и на реостатах.
Торможение противовключением применяют иногда в случае быстрой остановки привода с последующим реверсом.
Для асинхронных двигателей с фазным ротором применяют однофазное торможение (электропривод брашпиля судов типа «Андижан», «Повенец»), при котором трехфазная обмотка статора включается на две фазы сети, а в цепь ротора вводится реостат большого сопротивления.
