Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электродинамическое торможение асинхронного двигателя схема

Как подобрать тормозной резистор для преобразователя частоты

Приводы кранов, конвейеров и другого промышленного оборудования, работающего в повторно-кратковременных режимах с частыми включениями, отключениями и реверсами, оснащают тормозными устройствами, которые обеспечивают быструю остановку электродвигателя. Для этого используются электродинамический и механический метод.

Электродинамическое торможение достигается:

  • Подачей постоянного напряжения на обмотки статора. При этом возникает неподвижное магнитное поле, создающее тормозной момент.
  • Изменением порядка подключения фаз. Магнитное поле начинает вращаться в направлении, противоположном направлению вращения ротора электрической машины.

В обоих случаях на валу электродвигателя возникает отрицательный момент, обеспечивающий быструю остановку. Это необходимо для инерционных механизмов с высокой нагрузкой.

Во многих промышленных системах двигатели останавливаются просто естественным замедлением . Время, затрачиваемое на это, зависит исключительно от инерции и сопротивляющего момента вращения двигателя. Однако часто приходится сокращать время, а электрическое торможение — простое и эффективное решение.

Электрическое торможение асинхронных двигателей — Руководство (фото кредит: Крис Шонц через Flickr)

По сравнению с механическими и гидравлическими тормозными системами, он имеет преимущество устойчивости и не требует износа деталей.

Опции электрической торможения, приведенные в этой статье //

  1. Противоточное торможение
    1. Двигатель с короткозамкнутым ротором
    2. Двигатель скользкого кольца
  2. Торможение при вводе постоянного тока
  3. Электронное торможение
  4. Торможение сверхсинхронной работой
  5. Другие электрические тормозные системы

1. Противоточное торможение. Принцип

Мотор изолирован от электросети, пока он все еще работает, а затем снова подключается к нему наоборот. Это очень эффективная тормозная система с крутящим моментом, обычно превышающим пусковой момент, который должен быть остановлен достаточно рано, чтобы двигатель не двигался в противоположном направлении.

Несколько автоматических устройств используются для управления остановкой, как только скорость почти равна нулю:

  1. Детекторы остановки трения, центробежные стоп-детекторы,
  2. Хронометрические устройства,
  3. Частотные измерения или реле напряжения ротора (моторы с проскальзывающим кольцом) и т. Д.

1.1 Двигатель с короткозамкнутым ротором

Прежде чем выбирать эту систему (рис. 1), важно обеспечить, чтобы двигатель мог противостоять противоточному торможению с требуемой нагрузкой. Помимо механического напряжения этот процесс подвергает ротор воздействию высоких тепловых нагрузок, так как энергия, выделяемая при каждой операции торможения (энергия скольжения от сети и кинетической энергии), рассеивается в клетке.

Тепловое напряжение при торможении в три раза больше, чем при сборе скоростей .

Рисунок 1 — Принцип противоточного торможения

При торможении пики тока и крутящего момента заметно выше, чем при пуске.

Для плавного торможения резистор часто устанавливается последовательно с каждой фазой статора при переключении на противоточное. Это уменьшает крутящий момент и ток, как при старте статора. Недостатки противоточного торможения в двигателях с короткозамкнутым ротором настолько велики, что эта система используется только для некоторых целей с маломощными двигателями .

1.2 Мотор скольжения

Чтобы ограничить ток и крутящий момент, прежде чем статор переключится на противоточное, крайне важно повторно вставить резисторы ротора, используемые для запуска, и часто добавлять дополнительную секцию торможения (см. Рисунок 2).

Рисунок 2 — Принцип противоточного торможения в асинхронной машине скольжения

При правильном роторном резисторе легко регулировать тормозной момент до требуемого значения. Когда ток переключается, напряжение ротора практически в два раза больше, чем когда ротор находится в состоянии покоя, что иногда требует особых мер предосторожности при изоляции.

Как и в случае с силовыми двигателями, в цепи ротора выделяется большое количество энергии . Он полностью рассеивается (минус несколько потерь) в резисторах.

Двигатель может быть остановлен автоматически одним из вышеупомянутых устройств или с помощью реле напряжения или частоты в цепи ротора. С помощью этой системы можно поддерживать ведущую нагрузку с умеренной скоростью. Характеристика очень неустойчива (широкие вариации в скорости против небольших колебаний крутящего момента).

Вернитесь к параметрам электрического торможения ↑

2. Торможение при вводе постоянного тока

Эта электрическая тормозная система используется на моторах скольжения и двигателя с короткозамкнутым ротором (см. Рис. 3). По сравнению с противоточной системой цена источника выпрямленного тока компенсируется меньшим количеством резисторов . Благодаря электронным регуляторам скорости и стартерам этот параметр торможения не добавляет к стоимости.

Процесс включает в себя изолирование статора от сети и подачу на него выпрямленного тока . Выпрямленный ток создает фиксированный поток в воздушном зазоре двигателя. Для значения этого потока для обеспечения надлежащего торможения ток должен быть примерно в 1, 3 раза больше номинального тока.

Избыток тепловых потерь, вызванных этим небольшим превышением тока, обычно компенсируется паузой после торможения .

Читать еще:  Быстрый запуск двигателя в зимнее

Рисунок 3 — Принцип торможения постоянным током в асинхронной машине

Поскольку значение тока задается только сопротивлением обмотки статора, напряжение на источнике выпрямленного тока низкое. Источник обычно предоставляется выпрямителями или контроллерами скорости. Они должны уметь выдерживать скачки перенапряжений, вызванные обмотками, которые только что были отключены от переменного источника питания (например, 380 В RMS).

Движение ротора является скольжением относительно поля, зафиксированного в пространстве (тогда как поле вращается в противоположном направлении в противоточной системе). Двигатель ведет себя как синхронный генератор, разгружающийся в роторе .

По сравнению с противоточной системой //

Существуют важные отличия в характеристиках, полученных с выпрямленным впрыском тока, по сравнению с противоточной системой:

  • Меньшая энергия рассеивается в резисторах ротора или в клетке. Это эквивалентно только механической энергии, выделяемой массами в движении. Единственная мощность, потребляемая от сети, — это возбуждение статора,
  • Если нагрузка не является движущей силой, двигатель не запускается в противоположном направлении,
  • Если нагрузка является движущей нагрузкой, система постоянно останавливается и удерживает нагрузку на низкой скорости. Это замедляет торможение, а не торможение. Характеристика намного стабильнее, чем в противотоке.

С моторами с проскальзывающими кольцами характеристики крутящего момента зависят от выбора резисторов.

Благодаря двигателям с короткозамкнутым ротором система позволяет легко регулировать момент торможения, воздействуя на ток постоянного тока. Тем не менее, тормозной момент будет низким, если двигатель работает на высокой скорости.

Чтобы предотвратить избыточный перегрев, должно быть устройство для отключения тока в статоре при торможении.

Вернитесь к параметрам электрического торможения ↑

3. Электронное торможение

Электронное торможение достигается просто с помощью регулятора скорости, оснащенного тормозным резистором . Затем асинхронный двигатель действует как генератор, и механическая энергия рассеивается в выпекающем резисторе без увеличения потерь в двигателе.

Блок стартера двигателя имеет четыре основные функции:

  1. Изолируя нагрузку от основной цепи,
  2. Помогите защитить двигатель от короткого замыкания,
  3. Помогите защитить двигатель от тепловой перегрузки,
  4. Коммутация или управление (старт-стоп).

Каждый пусковой блок двигателя может быть расширен с дополнительными функциями в зависимости от его назначения. Они могут включать:

  • Мощность: регулятор скорости, плавный пуск, изменение фазы и т. Д.
  • Управление: вспомогательные контакты, временная задержка, связь и т. Д.

В соответствии со структурой блока стартера двигателя функции могут быть распределены по-разному. (см. рис. 4) показаны возможные варианты.

Рисунок 4 — Различные функции и их комбинации для создания стартера двигателя

Подробнее о наиболее распространенных пусковых устройствах двигателя LV / MV //

Пускатели электродвигателей низкого и низкого напряжения

Вернитесь к параметрам электрического торможения ↑

4. Торможение при сверхсинхронной работе

Это — то, где двигатель двигает его выше его синхронной скорости, заставляя его действовать как асинхронный генератор и развивать тормозной момент. Помимо нескольких потерь, энергия восстанавливается электросети. С подъемным двигателем этот тип работы соответствует спуск нагрузки с номинальной скоростью. Тормозной момент точно уравновешивает крутящий момент от нагрузки и, вместо ослабления скорости, запускает двигатель с постоянной скоростью.

На двигателе с проскальзывающим кольцом все или часть резисторов ротора должны быть закорочены, чтобы двигатель не двигался выше его номинальной скорости, что было бы механически опасным.

Эта система имеет идеальные функции для ограничения движущей нагрузки:

  • Скорость стабильна и практически не зависит от вращающего момента,
  • Энергия восстанавливается и восстанавливается в сети.

Тем не менее, он включает только одну скорость, примерно такую, как номинальная скорость. Кроме того, на частотно-регулируемых двигателях используются перевернутые тормозные системы, которые меняются от быстрой до медленной. Оберсинхронное торможение легко достигается с помощью электронного регулятора скорости, который автоматически запускает систему при понижении частоты.

Вернитесь к параметрам электрического торможения ↑

5. Другие электрические тормозные системы

Одновременно можно обнаружить однофазное торможение. Это включает питание двигателя между двумя фазами сети и подключение незанятого терминала к одному из двух других подключенных к сети.

Читать еще:  Что такое таможенная очистка двигателя

Тормозной момент ограничивается 1/3 максимального крутящего момента двигателя . Эта система не может заблокировать полную нагрузку и должна поддерживаться противоточным торможением. Это система, которая вызывает большой дисбаланс и большие потери.

Другая система торможения вихревым током ослабляется. Это работает по принципу, аналогичному используемому в промышленных транспортных средствах в дополнение к механическому торможению (электрические редукторы). Механическая энергия рассеивается в редукторе скорости. Торможение контролируется просто обмоткой возбуждения. Однако недостатком является то, что инерция значительно увеличивается .

Реверсирование //

3-фазные асинхронные двигатели (см. Рис. 5) обращены в обратную сторону простым способом пересечения двух обмоток для вращения вращающегося поля в двигателе.

Рисунок 5 — Принцип реверсирования асинхронного двигателя

Двигатель, как правило, переворачивается, когда он находится в состоянии покоя. В противном случае реверсирование фаз даст противоточное торможение (см. Параграф на двигателе кольца скольжения). Можно также использовать другие электрические тормозные системы, описанные выше.

Однофазное реверсирование двигателя — еще одна возможность, если все обмотки могут быть доступны.

Вернитесь к параметрам электрического торможения ↑

Ссылка // Руководство по решению автоматизации — Schneider Electric

Расчет и выбор тормозных резисторов для преобразователей частоты

В статье рассматривается методике расчета и выбора тормозного сопротивления (тормозного резистора) для преобразователей частоты (ПЧ, частотника), на примере остановки асинхронного двигателя типа АИР.

Тормозные резисторы являются необходимыми элементами систем с тяжелыми режимами торможения (остановка большой нагрузки за малое время), если в их составе имеются преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока (например, серии GA700, GA500, A1000, L1000, J1000).


YASKAWA преобразователи частоты серий GA700 и GA500

Примерами таких систем могут служить:

  • Лифты, эскалаторы.
  • Различные краны и подъемные механизмы.
  • Шпиндели станков.
  • Конвейеры и системы подачи заготовок.


Примеры применений где требуются тормозные сопротивления

Пример расчета тормозного резистора

В качестве примера, рассмотрим работу преобразователя частоты серии GA700 (модель CIPR-GA70C4208) с двигателем АИР 280 М6 с циклом работы в 90 секунд и временем торможения 4 секунды (остановка производится с номинальной скорости вращения до 0). Двигатель подключен к механизму напрямую (без редуктора), а общий момент инерции составляет 38 кг*м 2 .


Циклограмма работы с участком торможения двигателя

Из циклограмм видно насколько сильно растет значение момента при переходе в отрицательную область во время торможения.

Если не предпринять меры по утилизации энергии, которая поступает на ПЧ во время торможения электродвигателя, то преобразователь отключится по ошибке перенапряжения на звене постоянного тока (код OV у YASKAWA). А в случае большой инерционной нагрузки на валу электродвигателя могут выйти из строя конденсаторы звена постоянного тока (ЗПТ).

Для утилизации возникающей энергии используют или тормозные сопротивления, преобразующие энергию в тепло, или рекуператоры для возврата ее в питающую сеть.

Для выбора тормозного резистора в первую очередь нам нужно определить электрическую мощность торможения:

Находим номинальную скорость двигателя в рад/с:

wном = 2p * nном / 60 = 2p * 968 / 60 = 101,3 [рад/c]

Рассчитываем максимальный момент для полной остановки по заданному циклу. Если механика имеет в своем составе несколько кинематических узлов (например, редукторы, барабаны и т.д.), то в суммарном моменте инерции эти узлы должны быть приведены к валу двигателя:

Mмакс = J* (wнач – wкон) / tторм = 38 * (101,3 – 0) / 4 = 962,35 [Н * м]

Определяем максимальную мощность при торможении:

Pмакс = Mмакс * (wнач – wкон) = 962,35 ´ (101,3 – 0) = 97486 [Вт]

Определяем электрическую мощность торможения. Так, как отсутствует редуктор, то величину его КПД берем равной 100%:

Pэл.торм = (Pмакс – k * Pном.дв) – ((1 – hред) * Pмакс )= (97486 – 0,05 * 90000) – ((1 – 1) * 97486) = 92986 [Вт]

Здесь k – вспомогательный коэффициент, зависящий от номинальной мощности двигателя:

Pном.дв, кВтk
до 1,50,25
от 2,2 до 4,00,20
от 5,5 до 110,15
от 15 до 450,08
выше 450,05

Производим расчет допустимого сопротивления резистора:

Rмакс = U 2 зпт / Pэл.торм = 760 2 / 92986 = 6,2 [Ом]

будет иметь следующие значения в зависимости от величины напряжения на входе ПЧ:

Читать еще:  Двигатель m13a сколько масла

– для 220 В: Uзпт = 388 В ± 3 %

– для 380 В: Uзпт = 757 В ± 3 %

Определяем продолжительность включения (ПВ) для режима торможения:

ПВ = (tторм / Tцикла) ´ 100% = (4 / 90) ´ 100% = 4,4 %

Находим номинальную мощность тормозного резистора:

Pторм.ном = Pэл.торм / fk = 92986 / 10 = 9298,6 [Вт]

где – коэффициент, зависящий от значения ПВ (соответствие на рис.3)


Зависимость коэффициента fk от ПВ

Согласно расчету, получается резистор 6Ом/18,5кВт. Один резистор этим условиям не удовлетворяет, но можно использовать по два резистора RH-9600W015-10 (9,6 кВт, 15 Ом, ПВ=10%).


Тормозные резисторы разной мощности RFH и БТ

Выбор тормозного модуля

Для сброса энергии со звена постоянного тока при его повышении используется специальный силовой транзистор, называемый тормозным. Он может быть, как встроенным, так и внешним. У преобразователей YASKAWA тормозные модули встроены в сам ПЧ до определенной мощности:

  • A1000 и L1000: до 30 кВт (тяжелый режим нагрузки [HD])
  • GA700: до 75 кВт [HD]


Пример внешнего тормозного модуля YASKAWA CDBR-4045D

Для проверки работоспособности тормозного транзистора в данном режиме, необходимо найти ток, который будет протекать через него во время торможения. В нашем случае это будет:

Iторм = Uзпт / Rторм.ном = 760 / (15 / 2) = 101,3 [А]

В данном случае преобразователь GA700 имеет номинальную мощность 90 кВт при тяжелом режиме нагрузки [HD] и требует установки внешних тормозных модулей. По каталогу рекомендуется установка двух модулей CDBR-4045D с максимальным суммарным током 120 А.


Таблица характеристик тормозных модулей YASKAWA CDBR

Выводы

Расчет режимов торможения и выбор тормозных резисторов для преобразователей частоты необходимый этап перед его покупкой, чтобы в последствии избежать простоя оборудования и выхода из строя ПЧ.

ООО «КоСПА» обеспечивает поставку ПЧ YASKAWA со всеми необходимыми опциями и в случае необходимости может помочь в их выборе и проверке ваших расчетов.

Офис/склад: 111024, г. Москва, ул. Авиамоторная, дом 59. Доставка оборудования по России транспортными компаниями.

  • Почтовый адрес: 111250, г. Москва, а/я 57
    • Режим работы
    • Время работы офиса:
      пн-чт с 9.30 до 17.30, пт с 9.30 до 16.30

      Время работы склада:
      пн-чт с 9.30 до 17.30, пт с 9.30 до 16.30

    • Перерыв на обед
      с 13.15 до 14.00

    Торможение асинхронных двигателей

    Что это такое рекуперация применительно к асинхронным машинам? В данном случае это лишь один из видов торможения. Два других это:

    • динамическое замедление;
    • торможение противовключением.

    Каждый из них имеет свои особенности.

    Рекуперативное торможение асинхронного двигателя

    Асинхронный двигатель (АД) превращается в генератор тогда, когда скольжение ротора в поле статора увеличивается. Это осуществимо тремя способами:

    • уменьшение частоты напряжения питания, при котором ротор начинает вращаться со скоростью, опережающей синхронную;
    • в машинах, имеющих две и более скорости вращения, при переключении обмоток или изменении количества включенных полюсов;
    • в двигателях с фазным ротором, путём изменения сопротивления, включенного в цепи обмоток ротора.

    Величина скольжения во всех случаях превышает единицу, и машина переходит в режим генерации и возвращает энергию.

    Противовключение

    Такой способ редко применяется из-за недостатков, связанных с тем, что есть необходимость менять местами фазы между собой. Это вызывает изменение направления движения, но величина рабочего тока возрастает в десять раз. К тому же необходимо прекращать дальнейшую подачу напряжения, чтобы после торможения двигатель не вращался в противоположную сторону.

    Динамическое торможение асинхронного двигателя

    Такое снижение скорости вращения получают при подаче постоянного напряжения на статорную обмотку. Созданное в результате этого магнитное поле статора действует на обмотки ротора. В них появляется ЭДС, и начинает протекать ток. Сила тормозного момента, возникающего при выделившейся при этом мощности, напрямую зависит от скорости вращения электродвигателя. Двигатель превращается в генератор с закороченными выходными клеммами и отдаёт в сеть энергию.

    Замена или дополнение механического тормоза на рекуперативное замедление движения позволяет вернуть энергию для её повторного использования. Рекуперация, как одно из направлений экономии сырья и энергии, позволяет повысить экономию и эффективность технологических процессов.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector