динамическое торможение постоянным током, сила которого равна утроенному току холостого хода статора. .

При неизменном в процессе замедления тормозном моменте путь торможения определяется по (4). Для случая динамического торможения механическая характеристика разбивается на два-три прямолинейных участка и путь находится по формуле (П7). Результаты расчетов для нашего примера представлены в табл. 1 и на рис. 5.

Таблица 1. Зависимость тормозного пути от номинальной частоты вращения двигателя серии 4А

С уменьшением номинальной частоты вращения суммарный момент инерции J быстро увеличивается, однако рост инерционности системы компенсируется уменьшением квадрата частоты вращения. Поскольку динамический тормозной момент заметно возрастает, угловой путь торможения вала двигателя уменьшается. Соответствующие кривые для случаев механического (фт,м,т) и динамического (фт,д,т) торможения показаны на рис. 5. Если номинальная частота вращения и соответственно передаточное число редуктора уменьшены в 4 раза, то путь при механическом торможении сокращается в 4,5 раза, а при динамическом торможении - в 4,2 раза. Пропорционально повышается точность остановки вала двигателя. Однако тормозной путь и точность остановки механизма мало меняются, так как в варианте тихоходного двигателя их значения делятся на уменьшенное.в 4 раза передаточное чис- ло редуктора.

Режим динамического торможения описай в § 2.

2. Когда /д>Умех, можно принять /ср/д и тогда тор-мознои путь механизма пропорционален выражению --j.

Момент инерции двигателя средней мощности серий 4А, ВАО, R и т. п. с уменьшением синхронной частоты вращения в 4 раза (с 3000 до 750 об/мин) увеличивается в 5- 10 раз, nl уменьшается в 16 раз, а Мдин увеличивается

Мдц„,Н-М

гго г 00

180 ISO .1W 120 100 80

-0.S

-/7,7 41,5

во -0,3

to -о,г

го -0,1 - г

-18 1В

-п ~1г

01 о

500 1

1000

1500 I

Z0OO г500п,о5/тл~

Рис. 5. Зависимости динамического момента, суммарного момента инерции и пути торможения от номинальной частоты вращения двигателя и передаточного числа редуктора

примерно в 4 раза. В результате уменьшение передаточного числа редуктора в 4 раза приводит к уменьшению toJ)- мозного пути и неточности остановки механизма в 1,5- 3 раза.

Так как в большинстве реальных приводов /д>/мех, для уменьшения погрешности тормозного пути механизма следует выбирать тихоходные двигатели. Анализ показал, что при этом уменьшаются также пики момента при ударах, стопорении или заклинивании механизма [2].

2. ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ТОРМОЖЕНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

От правильного выбора способа торможения зависят как точность остановки электропривода, так и длительность переходных процессов замедления, т. е. производительность механизма.

При двухступенчатом позиционировании эффективное торможение обеспечивает форсированный переход механизма с рабочей на пониженную скорость и затем быстрое окончательное затормаживание при стабильных значениях пути и точности остановки.

Часто требуемая точность остановки механизма может быть достигнута без предварительного перехода на пониженную скорость путем торможения с рабочей скорости до остановки. Так, нет необходимости усложнять схему для получения «ползучей» скорости, если основная рабочая скорость механизма невелика, момент инерции мал, а статический момент нагрузки значителен и мало меняется. В этих случаях осуществляется одноступенчатое позиционирование путем эффективного торможения, обеспечивающего малый тормозной путь при небольших отклонениях тормозного момента от заданных значений.

Для осуществления точ- ной остановки находят применение следующие способы электрического торможения: динамическое, противовключением, магнитное и конденсаторное. В последние годы получили распространение комбинированные способы торможения: конденсаторно-дина-мическое, конденсаторно-магнитное, магнитно-динамическое и двухтоковое (сочетание режимов торможения противовключением и динамического). Рекуперативное торможение используется как промежуточный этап при переходе с высокой частоты вращения на пониженную (см. § 3). Механические характеристики асинхронного двигателя в тормозных режимах даны на рис. 6.

Рис. 6. Механические характеристики асинхронного двигателя В тормозных режимах:

/ - динамическое торможение; 2 - торможение противовключением; 3 - двухтоковое торможение; <-конденсаторное торможение

У у уу

Для быстрого затормаживания широко применяют также электромагнитные и электрогидравлические колодочные тормоза. При их использовании энергия торможения выделяется в тормозе, а не в двигателе. Тормоза обеспечивают надежное замедление при отключении сети. Однако они требуют частой подрегулировки, смены тормозных колодок, отличаются значительными колебаниями тормозного механизма, не обеспечивают плавности замедления, имеющей важное значение для многих механизмов. Поэтому при высоких требованиях к точности остановки рекомендуется применение электрического торможения. Если механический тормоз необходим для удержания механизма в заданном положении, его следует использовать лишь на заключительном этапе торможения. +

Динамическое торможение. По сравнению с механическим динамическое торможение отличается плавностью; несмотря на увеличенный тормозной путь, оно обеспечивает большую точность позиционирования, так как развиваемый двигателем тормозной момент более стабилен, чем момент колодочного тормоза.

Для перевода асинхронного двигателя в режим динамического торможения статор отключают от трехфазной сети и в его обмотки подают постоянный ток. При этом обычно используют схему рис. 7 с подключением к источнику постоянного тока обмоток двух фаз статора, соединенных последовательно. В двигателе образуется неподвижное магнитное поле статора, которое наводит ЭДС в обмотках вращающегося ротора. Эта ЭДС индуцирует ток в роторе; взаимодействие поля статора с магнитным полем тока ротора создает тормозной момент. Двигатель замедляется, и при остановке ротора уменьшаются до нуля ЭДС, ток ротора и тормозной момент.

Механические характеристики асинхронных двигателей серий МТН (с фазным ротором) и МТКН (с короткозамк-"утым ротором) в режиме динамического торможения приведены на рис. 8. Отношение постоянного тока в двух фа-, зах статора к току статора при холостом ходе двигателя принято равным 3. Характеристики 1, 2 и 3 относятся к

2-3339 17

Рис. 7. Схема динамического торможения

двигателю с фазным ротором и построены для трех значений активных сопротивлений цепи ротора J?p. = 0,2; 0,4 и 1 соответственно; характеристика 4 относится к двигателю с короткозамкнутым ротором. Моменты двигателя М, частоты вращения и сопротивления выражены в долевых единицах, т. е. в долях номинальных значений -

= Л4/Л4ном; п* = п/по; ?р.=/?р ?р,ном,

"*

0,8 0,6 0,4

О, г

Рис. 8. Механические характеристики дви-гателей в режиме динамического торможения

¥

Рис. 9. Влияние резисторов в цепи ротора и статического момента на путь торможения (а) и точность остановки (б) при динамическом торможении

0,25 0,5 0,75 1,0 1,25М),

о 0,1 0,2 0,3 0,¥ Rp*

р.ном

где Мном - номинальный момент двигателя; «о - синхронная частота вращения; /?р,ном - номинальное сопротивление, определяемое по ЭДС на кольцах и номинальному току ротора /р,ном:

(10)

р.ном

Сравнение характеристик 1-4 показывает, что у двигателя с короткозамкнутым ротором тормозные моменты при высоких частотах вращения очень малы. Среднее значение момента равно (0,5-0,7) Мном. Соответственно путь торможения получается большим. Поэтому для двигателей i короткозамкнутым ротором рекомендуется сочетание дина мического торможения с конденсаторным или MarHHTHbiN (см. ниже). На рис. 9,а показаны зависимости пути тор можения от статического момента на валу для двигател? с короткозамкнутым ротором МТКН и двигателя с фаз ным ротором МТН при трех различных сопротивления; добавочных резисторов в цепи ротора. Отношение постоянного тока статора к току статора прн холостом ходе принималось равным 2,5. Анализ показывает, что путь торможения двигателя МТКН в 2,1-2,9 раза больше, чем путь торможения двигателя МТН (при изменении статического момента от 100 до 50%) при оптимальном значении сопротивления цепи ротора.

Углы фт даны в процентах; за 100% принят угловой путь торможения асинхронного двигателя МТКН при Л1с. = 1.

На рис. 9,6 приведена кривая изменения неточности остановки асинхронного двигателя с фазным ротором в функции сопротивления цепи ротора при изменении статического момента на валу Мо от 0,4 Мном до 1,5 Мном- Оптимальное значение активного сопротивления в цепи ротора, обеспечивающее минимальный путь торможения и максимальную точность остановки, находится в пределах /?р=0,35-0,45. С увеличением /?р. в 4,5 раза (от 0,1 до 0,45) точность остановки при указанных пределах изменения Мс повышается в 8 раз.

Для иллюстрации приведем в абсолютных значениях расчетные данные времени и пути динамического торможения крановых двигателей серийМТН, МТКН мощностью 30 кВт, 720 об/мин при статическом моменте на валу Мс = =0,1 Мном, моменте инерции механизма /мех = 2/д и отно-" шении постоянного тока к току статора при холостом ходе, равном 3. Время торможения двигателя МТН при полном сопротивлении роторной цепи /?р* = 0,4 равно 1,2 с, путь торможения фт = 4 оборота вала; соответствующие значения для двигателя МТКН равны 1,7 с и 12 оборотов вала двигателя.

Из сравнения характеристик рис. 8 видно, что дальнейшее повышение эффективности динамического торможения двигателей с фазным ротором может быть достигнуто путем переключения резисторов в цепи ротора: вначале включают добавочное сопротивление, соответствующее полному сопротивлению J?pi = 0,4 /?р,ном, а после снижения частоты вращения в 2 раза шунтируют часть резисторов в роторе, уменьшая полное сопротивление до значения

р2 = 0,2 /?р,„ом.

Углы Дф1 даны в процентах; за 100% принята угловая погрешность остановки вала двигателя МТН при i?p. = 0,l.

2* 19