Раздел 2. Электропривод на базе коллекторных двигателей постоянного тока (КДПТ) (стр. 12 )

Частота вращения nкр, при которой прекращается рекуперативное торможение,

nкр = (IacpRсум+Rи. п)/(с0Ф)

где Rи. п — сопротивление элементов импульсного прерывателя (тиристоров и индуктивности L), по которым замыкается ток ia.

Достоинство:

Режим торможения является экономичным, так как электроэнергия возвращается частично в сеть [2].

Рекуперативное торможение ДПТ с последовательным возбуждением

Не могут работать в режиме рекуперативного торможения.

При повы­шении скорости вращения дви­гатель последовательного возбуждения в режим генератора не переходит (механическая характеристика оси ординат не пересекает). Физически это объясняется тем, что при переходе в ре­жим генератора, при заданном направлении вращения и заданной полярности напряжения, направление тока должно изменяться на обратное, а направление ЭДС Е и полярность полюсов должны сохраняться неизменными, однако последнее при изменении направления тока в обмотке возбуждения невозможно. Поэтому для перевода двигателя последовательного возбуждения в режим генератора необходимо переключить концы обмотки возбуждения [41].

Если необходимо иметь рекуперативное торможение, схему двигателей в тормозном режиме изменяют, превращая двигатели в генераторы с независимым возбуждением [34].

Область применения

Рекуперативное торможение широко применяется на  электрифицированных железных дорогах  и является важным источником экономии электроэнергии [39].

2.19.2. Торможение противовключением

Этот режим имеет место тогда, когда обмотки двигателя включены для вращения в одну сторону, но под действием внешнего момента или сил инерции ротор вращается в противоположную сторону [31].

Двигатель переходит в режим торможения противовключением в двух случаях:

- когда изменяется знак скорости двигателя при сохранении знака момента (рис.41, 4-й квадрант, участок cd);

- когда изменяется знак момента двигателя при сохранении знака скорости (рис.41, 2-й квадрант, участок c'd').

2.1. Первый случай имеет место, когда момент сопротивления Мс превысит момент короткого замыкания Мкз (это возможно, если момент сопротивления – потенциальный).

При этом сначала двигатель начнет тормозиться, а затем, под влиянием Мc изменит направление вращения и начнет разгоняться в направлении, противоположном действию момента двигателя.

При новом направлении вращения ЭДС двигателя Е совпадет по знаку с приложенным к якорю напряжением U. Ток якоря станет больше пускового тока:

Iя=(U-(-E))/Rяц > Iяп=U/Rяц,

а момент М будет превышать пусковой момент Мп (рис.50, участок cd). Установившийся режим наступит при М=Мс.

Реализация

Переход ДПТ в режим торможения противовключением может, например, произойти после введения в цепь якоря большого добавочного сопротивления Rдоб. Ток якоря Iя в этом случае уменьшится, момент двигателя М станет меньше статического момента нагрузки Мc.

Режим торможения, описанный в п.2.1, широко применяется в грузоподъемных механизмах для опускания грузов и называется в таком случае тормозным спуском [31].

2.2. Второй случай имеет место, когда при реактивном моменте сопротивления Мc изменяется полярность напряжения на зажимах якоря U. В этом случае ток якоря изменит свое направление: Iя=(–U-E)/Rяц и момент двигателя М=с0ФIя станет тормозным (направленным встречно инерционному вращению двигателя) и превышающим по модулю пусковой момент (рис.50, c'd', второй квадрант). Двигатель начинает интенсивно тормозиться, рабочая точка смещается в точку c', соответствующей остановке двигателя. Если в этот момент времени не отключить двигатель от сети, то он начнет вращаться в другую сторону. При реактивном моменте сопротивления новый установившийся двигательный режим наступит в третьем квадранте (в точке М=Мс). Если момент сопротивления потенциальный – в четвертом квадранте (в точке М=Мс) [2].

Особенности торможения противовключением у ДПТ с последовательным возбуждением

2.1. Торможение противовключением ДПТ с ПВ в случае, когда потенциальный момент сопротивления Мс превысит момент короткого замыкания Мкз. осуществляется так же, как и в ДПТ с НВ (рис.44в)

2.2. Торможение противовключением ДПТ с ПВ при изменении полярности.

При реактивном моменте сопротивления у ДПТ с ПВ наряду с изменением полярности напряжения на обмотке якоря на противоположную необходимо одновременно переключить концы последовательной обмотки возбуждения. В этом случае ток якоря изменит свое направление, а направление (знак) потока останется прежним. Как и в случае с ДПТ с НВ создастся тормозной момент, рабочая точка перейдет во второй квадрант (рис.54б) [31].

При этом происходит интенсивное торможение и угловая скорость вращения двигателя падает до нуля (точки N рис.54б). Если в этот момент времени не отключить двигатель от сети, то направление вращения изменится на противоположное, т. е. двигатель реверсируется. Это, безусловно, накладывает ограничения на применимость данного способа торможения.

При потенциальном моменте сопротивления Мс описанный перевод ДПТ с ПВ в режим торможения простивовключением недопустим, так как привод неограниченно увеличит скорость (асимптотически приближаясь к оси ординат в направлении вниз, рис.54б) [2].

а)***	б)***	в)***
Рис.54. Механические характеристики ДПТ независимого (а) и последовательного (б, в), соответствующие режиму торможения противовключением путем изменения полярности подводимого напряжения при Rд1< Rд2< Rд3 [31].

В режиме торможения противовключением энергия поступает в привод и со стороны механизма, и от сети и рассеивается в сопротивлениях якорной цепи [40].

Режимы торможения противовключением характеризуются резким увеличением тока якоря. Для ограничения токов иногда в цепь якоря включают добавочные резисторы Rд, однако, эффективность торможения при этом снижается, так как уменьшаются тормозные моменты [2].

Достоинство:

- самый эффективный вид электрического торможения [2].

Недостаток:

- не экономичный способ с энергетической точки зрения. Большое количество энергии выделяется на добавочном сопротивлении, которое необходимо включить в якорную цепь для ограничения бросков тормозного тока [31]

2.19.3. Динамическое торможение.

Также можно отнести к генераторному типу торможения.

ДПТ с независимым возбуждением

Рис.55. Схема включения ДПТ с НВ при динамическом торможении [31]***

Во время вращения ДПТ обмотка якоря двигателя отключается от сети и замыкается через добавочный тормозной резистор Rт (Uя=0).

При Uя=0 ток якоря спадет до нуля, а потом изменит свое направление:

Iя. д.т=–Е/Rяц =–с0ФW/Rяц

и будет протекать под действием противоЭДС.

Ток Iя. д.т будет превосходить Iя. ном, поэтому необходимо ограничивать величину максимального тормозного тока в момент переключения [31].

Изменение направления тока вызовет появление тормозного момента

Мт=с0ФIя=–(с0Ф)2W/Rяц.

Двигатель начнет работать как генератор постоянного тока, потребляя запасенную кинетическую (механическую) энергию вращающегося по инерции ротора (что и вызывает торможение) и генерируя электрическую энергию, расходуемую на нагрев резистора Rт.

	Уравнение механической характеристики для этого режима запишется в виде: W=Mт (Rя+Rт)/c02. Как видно из уравнения механическая характеристика проходит через начало координат (рис.56). Ее наклон при Rт=0 равен наклону естественной механической характеристики привода. Чем больше Rт, тем характеристика мягче (рис.56) [2].
Рис.56. Механические характеристики ДПТ с НВ, соответствующие режиму динамического торможения при Rд1< Rд2< Rд3 [31].***

Рис.57. Динамическое торможение ДПТ [28]

При переходе ДПТ в режим динамического торможения рабочая точка на координатной плоскости М-W перейдет из точки А в точку В во втором квадранте (рис.57) [28]. При торможении ДПТ угловая скорость уменьшается, но при этом довольно резко уменьшается и тормозной момент (переход из точки В в С). С целью увеличения тормозного момента производится уменьшение добавочного сопротивления Rт (переход из точки С в точку D) [28]. Если момент сопротивления реактивный, процесс динамического торможения завершится остановом привода в точке 0. В случае активного момента сопротивления после останова двигатель начнет вращаться в обратную сторону [2]

Достоинство:

- достаточно высокая экономичность: двигатель работает генератором на постоянную нагрузку, потребляя из сети энергию только на электромагнитное возбуждение [31].