В каких тормозных режимах может работать асинхронный двигатель

Торможение электродвигателя

• ВКонтакте
• Facebook
• ok
• Twitter
• YouTube
• Instagram
• Яндекс.Дзен
• TikTok

Производственные процессы, связанные с эксплуатацией оборудования, оснащенного электрическими двигателями переменного или постоянного тока, требуют периодической остановки. Однако после отключения питающего напряжения от электродвигателей, их роторы продолжают вращение по инерции и останавливаются только через определенный промежуток времени. Такая остановка электродвигателя называется свободным выбегом.

Для электродвигателей, работающих с частыми пусками-остановами, остановка способом свободного выбега не подходит. Чтобы сократить время, необходимое для полной остановки вращения ротора применяется принудительное торможение. Способы торможения электродвигателя подразделяются на механические и электрические.

Механическое торможение

Остановка двигателей при таком способе торможения осуществляется благодаря специальным колодкам на тормозном шкиве. После отключения питающего напряжения тормозные колодки под воздействием пружин прижимаются к шкиву. В результате возникающего трения колодок о шкив кинетическая энергия вращающегося вала преобразуется в тепловую, что и приводит к его полной остановке. После подачи напряжения электромагнит (YB) растормаживает колодки, и эксплуатация электродвигателя продолжается в штатном режиме.

В зависимости от схемы электрического торможения, кинетическая энергия вращающегося ротора может отдаваться в сеть или на батарею конденсаторов, а также преобразовываться в тепло, которое поглощается обмотками электродвигателя или специальными реостатами.

Динамическое торможение электродвигателя

Эта схема остановки подходит для трехфазных электродвигателей как с которкозамкнутым, так и с фазным ротором.

Динамическое торможение электродвигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется посредством отключения обмоток статора от питающей сети трехфазного переменного тока и переключением двух из них через систему контакторов и реле на источник выпрямленного постоянного напряжения.

Обмотки статора после подачи на них постоянного напряжения генерируют стационарное магнитное поле, под воздействием которого в короткозамкнутой «беличьей клетке»

вращающегося ротора начинает индуцироваться электрический ток, вызывающий появление томозного момента. Направление этого момента противоположно направлению вращения останавливающегося вала. После остановки двигателя подача постоянного напряжения на обмотки статора прекращается.

В двигателях с фазным ротором величину тормозного момента можно регулировать с помощью дополнительных сопротивлений, в качестве которых используются пусковые резисторы.

Торможение противовключением

Торможение асинхронного электродвигателя методом противовключения осуществляется путем реверсирования двигателя без отключения от питающей сети.

Управление торможением выполняется реле контроля скорости. В рабочем режиме контакты реле замкнуты. После нажатия на кнопку «СТОП» (SBC) группа контакторов производит переключение двух фаз, меняя порядок их чередования. В результате этого магнитное поле статора начинает вращаться в противоположном направлении, что приводит к замедлению вращения ротора. Когда скорость вращения становится близкой к нулю, реле контроля скорости размыкает контакты и подача питающего напряжения прекращается.

Конденсаторное торможение электродвигателей

Этот способ, называемый еще торможение с самовозбуждением, применим только к электродвигателям с короткозамкнутым ротором.

После прекращения подачи питающего напряжения ротор электродвигателя продолжает вращение по инерции и генерирует в обмотках статора электрический ток, который вначале заряжает батарею конденсаторов, а после накопления номинального заряда возвращается в обмотки. Это приводит к возникновению тормозного момента, величина которого зависти от емкости конденсаторных батарей, подключенных к каждой фазе по схеме «звезда» или «треугольник». Торможение с самовозбуждением применяется на двигателях с большим числом пусков-остановов, так как величина потерь энергии в двигателях при такой схеме остановки минимальная.

Рекуперативное торможение

Рекуперативное или иначе генераторное торможение асинхронных электродвигателей на практике используется в качестве предварительного подтормаживания , а также при опускании грузов кранами всех типов или пассажирских и грузовых лифтовых кабин.

Торможение асинхронного электродвигателя в рекуперативном режиме происходит, когда номинальная частота вращения ротора превышает его синхронную частоту. Двигатель начинает генерировать электрическую энергию и отдавать ее в питающую сеть, в результате чего создается тормозящий момент. Такой способ остановки применяется для многоскоростных двигателей путем постепенного переключения с большей частоты вращения ротора на меньшую. Таким образом, в определенный момент скорость, вращающегося под воздействием инерции вала, будет больше синхронной частоты, соответствующей подключенному количеству полюсов статора. Кроме того, рекуперативная схема торможения применяется для двигателей, подключенных к преобразователям частоты. Для этого достаточно уменьшить частоту питающего напряжения.

Остановка двигателей постоянного тока (ДПТ)

Торможение электродвигателей постоянного тока осуществляется противовключением и динамическим способом.

Динамическое торможение

Такая схема торможения применяется для двигателей с независимым возбуждением.

После нажатия кнопки «Стоп» (SB1) происходит отключение обмоток якоря от питающей сети и переподключение их на тормозной резистор. В обмотках якоря, вращающегося по инерции в стационарном магнитном поле, индуцируется постоянный ток, который проходя по обмоточным проводам резистора, преобразовывается в тепловую энергию.

Торможение противовключением

Метод противовключения основан на изменении полярности напряжения, подключаемого к обмоткам индуктора или якоря двигателя. Это приводит к смене полярности магнитного потока или направлению тока, индуцируемого в якоре. Таким образом, направление вращающего момента меняется на противоположное, что вызывает появление тормозящего эффекта. Скорость вращения якоря контролируется реле скорости, которое отключает питание якоря, когда она приближается к нулевой.

Генераторное рекуперативное торможение

Этот режим наступает, когда частота вращения якоря превышает частоту вращения холостого хода n.

В этих условиях ЭДС машины Еа = сеФn превышает напряжение питающей сети (Еа > Uном), при этом ток якоря, а следовательно, и электромагнитный момент меняют свое направление на противоположное. В итоге машина постоянного тока переходит в генераторный режим и вырабатываемую при этом электроэнергию отдает в сеть. Электромагнитный момент двигателя становится тормозящим и противодействует внешнему вращающему моменту, создаваемому силами инерции вращающего с прежней скоростью якоря (рис. 13.15, а). Этот процесс торможения будет продолжаться до тех пор, пока частота вращения якоря, уменьшаясь, не достигнет значения n0.

Таким образом, для перехода двигателя в режим генераторного рекуперативного торможения не требуется изменений в схеме включения двигателя.

Генераторное рекуперативное торможение — наиболее экономичный вид торможения, так как он сопровождается возвратом энергии в сеть. Применение этого способа торможения является эффективным энергосберегающим средством в электроприводе Он целесообразен в электротранспортных средствах, работа которых связана с частыми остановками и движением под уклон. В этом случае кинетическая энергия движения транспортного средства (трамвай, троллейбус, электропоезд) преобразуется в электрическую энергию и возвращается в сеть.

Возможен способ перевода двигателя в режим генераторного рекуперативного торможения и при установившейся частоте вращения якоря. Для этого необходимо увеличить в двигателе магнитный поток возбуждения, т.е. ток в обмотке возбуждения.

Из выражения ЭДС якоря Еа = сеФn следует, что с ростом магнитного потока возбуждения Ф при неизменной частоте вращения n ЭДС якоря Еа увеличивается, что ведет к уменьшению тока в цепи якоря:

При ЭДС Еа = U ток якоря Ia = 0, а частота вращения якоря достигает значения n = n. При дальнейшем увеличении потока возбуждения Ф, а следовательно, возрастании ЭДС якоря Еа пограничная частота вращения снижается (см. 13.12, б), а частота вращения якоря, оставаясь практически неизменной за счет сил инерции вращающихся частей электропривода, начинает превышать пограничную частоту n. При этом ЭДС якоря превышает напряжение сети и двигатель переходит в режим генераторного рекуперативного торможения.

Рекуперативное (генераторное) торможение

Рекуперативное торможение применяется в основном в качестве подтормаживания перед основным торможением, либо при спуске груза, например в лифтах.

Чтобы наступило рекуперативное торможение, нужно чтобы частота вращения ротора превысила синхронную частоту вращения. В таком случае двигатель начнет отдавать энергию в сеть, то есть станет асинхронным генератором. При этом электромагнитный момент двигателя становится отрицательным, и оказывает тормозной эффект.

Добиться генераторного торможения можно несколькими способами. Например, в двухскоростных двигателях, при переключении с большей скорости на меньшую. При этом ротор вращается по инерции с частотой, выше, чем новая синхронная частота. Возникнет тормозной момент, который уменьшит скорость до новой номинальной.

Допустим, что в начальный момент времени наш двигатель работал на характеристике 1 в точке A, после переключения скорости на более низкую, он перешел на характеристику 2 в точку B, а затем под действием тормозного момента достиг точки С, с меньшей частотой оборотов.

Генераторное торможение можно осуществить, если уменьшать частоту питания двигателя. Это возможно, если двигатель питается от тиристорного преобразователя частоты. При уменьшении частоты напряжения, уменьшается синхронная частота вращения. Частота вращения ротора, который вращается по инерции, снова окажется выше, возникнет тормозной момент, который будет снижать частоту вращения ротора. Таким образом, двигатель можно довести до полной остановки.

Способы монтажа

Тормоз может быть встроен в конструкцию двигателя либо являться отдельным устройством. Наиболее предпочтителен встроенный тормоз, который располагается на оси ротора. Такая конструкция отличается компактностью и простотой в эксплуатации.

Если применение двигателя со встроенным тормозом по каким-то причинам нецелесообразно, применяют отдельный тормоз. Его основные преимущества – возможность монтажа в любом месте привода (например, на оси редуктора), размеры и способ крепления устройства не привязаны к конструкции двигателя.

Схематично процесс можно описать следующим образом:

1. Обмотки переключаются на работу в противоположном направлении.
2. Ротор продолжает работу в привычном состоянии (по инерции).
3. Скольжение превышает единицу, момент становится отрицательным.

Применять этот способ торможения нужно осторожно, в противном случае через некоторое время вам потребуется ремонт электродвигателя.

Если у вас двигатель постоянного тока, то схема работы может быть несколько иной: для начала процесса торможения требуется изменение подключения концов обмоток.

Какой бы вы вариант ни выбрали, вам важно помнить, что тормозной режим противовключения имеют следующие особенности:

• Напряжение сильно растет, поэтому позаботьтесь о подключении резисторов.
• Энергия торможения (а на первых этапах она очень серьезная) постепенно начинает растворяться в тормозных резисторах или же в обмотках электродвигателя.

Для чего и каким образом используется режим динамического торможения?

Схема динамического торможения выглядит примерно следующим образом:

1. Вы принимаете соответствующее решение.
2. Вы отключаете якорь двигателя постоянного тока от источника питания.
3. Через некоторое время после этого вы включаете работу на сопротивление.
4. В такой ситуации обмотка возбуждения будет оставаться под серьезным напряжением.

Как и другие способы торможения, динамическое требует внимательности и осторожности. Помните о том, что постоянный ток обладает физическим свойством создавать вокруг себя неподвижное магнитное поле. Когда вы запускаете вращение ротора, то просто начинается выработка тока. Когда ток от ротора соприкасается с неподвижным магнитным полем, получается эффект торможения.

ВНИМАНИЕ! Тормозной момент может быть разным на одном и том же оборудовании! Вам важно учитывать частоту вращения, особенности тока возбуждения, а также сопротивления цепи ротора (или же якоря).

Для чего и по каким причинам используется режим рекуперативного торможения?

При таком способе торможения электрическая машина автоматически превращается в генератор, который работает параллельно с сетью. В таком случае вся энергия, которая образуется в процессе торможения, просто уходит в электрическую сеть (за исключением потерь). Такой способ торможения зачастую применятся в подъемных кранах и в другом оборудовании; используется для обкатки и испытания двигателей; часто это решение необходимо для того, чтобы беспроблемно переходить с одной скорости на другую.

Способы торможения электродвигателя могут быть различными. Схемы действия серьезно отличаются. Но если у вас все еще остались какие-то вопросы, то смело можете задавать их нашему специалисту. Мы работаем с полной отдачей, с душой и на совесть. Обращайтесь.

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 .

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.

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

Режимы работы электродвигателей

Номинальные режимы работы электродвигателей устанавливается в соответствии с ГОСТ 183—74 * и имеют условные обозначения S1 — S8.

Продолжительный номинальный режим работы электродвигателя S1 характеризуется постоянной нагрузкой и такой продолжительностью работы двигателя, которая достаточна для достижения практически установившейся температуры всех его частей.

Кратковременный номинальный режим работы электродвигателя S2 характеризуется постоянной нагрузкой и такой продолжительностью работы двигателя, которая недостаточна для достижения практически установившейся температуры его частей, после чего следует отключение двигателя от сети, продолжительность которого достаточна для охлаждения двигателя до температуры охлаждающей среды. Длительность рабочего периода составляет 10, 30, 60, 90 мин.

Повторно-кратковременный номинальный режим работы электродвигателя S3 характеризуется последовательностью идентичных рабочих циклов, каждый из которых состоит из периодов работы при постоянной нагрузке и отключенного неподвижного состояния; длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла, а наличие пускового тока существенно не влияет на нагрев двигателя и его отдельных частей.

Определяются следующие значения относительной продолжительности включения (ПВ): 15, 25, 40 и 60%. Продолжительность одного цикла, если нет других указаний, принимается равной 10 мин.

Повторно-кратковременный номинальный режим режим работы электродвигателя с частыми пусками S4 характеризуется продолжительностью включения, числом пусков в час и коэффициентом инерции и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды пуска, работы при постоянной нагрузке и отключенного неподвижного состояния, причем длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время рабочего цикла, а потери при пуске влияют на нагрев двигателя. Нормируются ПВ 15, 25, 40 и 60%, 30, 60, 120 и 240 включений в час и коэффициент инерции (отношение суммы момента инерции ротора двигателя и приведенного к валу двигателя момента инерции механизма к моменту инерции ротора двигателя), равный 1,2; 1,6; 2; 2,5; 4; 6,3; 10.

Повторно-кратковременный номинальный режим работы электродвигателя с частыми пусками и электрическим торможением S5 характеризуется продолжительностью включения, числом пусков в час и коэффициентом инерции и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды пуска, работы при постоянной нагрузке, быстрого электрического торможения и отключенного неподвижного состояния, причем длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного цикла. Значения ПВ и числа включений в час те же, что и для режима S4, коэффициент инерции равен 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4.

Перемежающийся номинальный режим работы электродвигателя S6 характеризуется относительной продолжительностью нагрузки (ПН) и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды работы при постоянной нагрузке и на холостом ходу, причем длительность этих периодов недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла. Нормируется ПН 15, 25, 40 и 60%, длительность одного рабочего цикла принимается равной 10 мин.

Перемежающийся номинальный режим работы электродвигателя с частыми реверсами при электрическом торможении S7 характеризуется числом реверсов в час и коэффициентом инерции и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды пуска, работы при постоянной нагрузке и электрического торможения, причем длительность рабочего периода недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного цикла. Нормируется 30, 60, 120 и 240 реверсов в час при коэффициентах инерции, соответствующих режиму S5.

Перемежающийся номинальный режим работы электродвигателя с двумя или более частотами вращения S8 характеризуется числом циклов в час, коэффициентом инерции с ПН на отдельных ступенях частоты вращения и состоит из последовательности идентичных рабочих циклов, включающих периоды ускорения, работы при постоянной нагрузке, соответствующей заданной частоте вращения, затем одного или нескольких периодов работы при других постоянных значениях нагрузки, соответствующих другим частотам вращения, причем длительность каждого рабочего периода недостаточна для достижения теплового равновесия за время одного рабочего цикла. Нормируется 30, 60, 120 и 240 циклов в час и коэффициент инерции равный 1,2; 1,6; 2; 2,5 и 4.

Выбор электродвигателя для продолжительного режима работы S1

Рассмотрим, как выбирается двигатель для работы в различных режимах нагрузки. Начнем с продолжительного режима работы S1. Поскольку в этом режиме длительность работы под нагрузкой существенно больше постоянной нагрева, то целесообразно выбирать двигатель, для которого этот режим является номинальным. Иными словами, должны выполняться условия

К этому же режиму относят циклическую нагрузку. В случае длительности цикла более 10 мин условия выбора определяются по (60).

Выбранный двигатель должен быть проверен по условиям пуска и перегрузочной способности:

где М_нг,п — момент сопротивления нагрузки при n=0.

Выбор двигателя для кратковременного режима работы S2

Для электроприводов, работающих в режиме S2, нецелесообразно выбирать асинхронный двигатели , предназначенные для работы в режиме S1, так как последние, как правило, обладают ограниченной перегрузочной способностью, в связи с чем в данном случае они недоиспользуются по нагреву.

При выборе двигателей, предназначенных для работы в режиме S2, приходится сталкиваться с тем, что время работы не совпадает со временем продолжительности кратковременной работы, определяемым стандартом,—10, 30, 60 и 90 мин. Кроме того, нагрузка привода в течение рабочего периода t_р может ступенчато изменяться. В этих случаях рассчитываются эквивалентные величины, которые приводятся к стандартному значению продолжительности кратковременной работы t_р.ст, ближайшему к реальному значению tp.

Эквивалентные моменты М_эк и мощность Р_эк рассчитываются по формулам

(62)

Пример. Для графика нагрузки, приведенного на рис. 34,а, рассмотрим пример: M₁=10 Н∙м, М₂=15 Н∙м, t₁ = 5 мин, t₂=20 мин (t_р= t₁+t₂=25 мин). Поэтому t_р.ст=30 мин (выбираем стандартное время) и

Далее осуществляется проверка по формулам

где М_ном, Р_ном — номинальные значения момента и мощности двигателя, соответствующие стандартной продолжительности работы (в примере 30 мин).

В частном случае, когда нагрузка в течение t_р не изменяется,

Выбранный двигатель также должен быть проверен по условиям пуска и по перегрузочной способности по формулам (61).

Выбор электродвигателя для повторно-кратковременных режимов работы S3 — S8

Для электроприводов, работающих в этих режимах, целесообразно выбирать двигатели, предназначенные для работы в режиме S3. Последовательность расчета в этом случае следующая.

По нагрузочной диаграмме для времени цикла Т_ц≤10 мин определяются:

относительная продолжительность включения

где t_pi — время работы при i-й нагрузке внутри рабочего цикла Т_ц (рис. 34,б);

приведенные к ближайшему стандартному значению ПВ_ст, равному 15, 25, 40, 60%, эквивалентные значения момента и мощности

(64)

При выборе двигателя должны соблюдаться условия

где М_ном, Р_ном — номинальные значения момента и мощности двигателя, соответствующие стандартному значению ПВ.

Выбранный двигатель должен также проверяться по условиям (61).

В ряде случаев при больших значениях (ПВ>70÷80%) возможен выбор двигателя, предназначенного для режима S1, для которого следует принять ПВ=100%, при этом выражения (64) преобразуются к виду

(66)

В случае идентичных циклов с постоянной нагрузкой внутри рабочего периода (рис. 34, в) формулы (66) сводятся к виду

Пример. Определить эквивалентную мощность для режима, приведенного на рис. 34,б. В соответствии с методикой сначала определяем продолжительность включения. Если задано t_pi=2 мин, ft_р2=3 мин, Т_ц=9 мин, находим: ПВ= (5/9) ∙100 %=55,6 %. Выбираем ближайшее ПВ_1ст=60 %.

Затем по формуле (64) находим эквивалентное значение мощности, определив предварительно по графику Р₁=10 кВт, Р₂=5 кВт:

Расчет допустимой частоты включений

Асинхронные короткозамкнутые двигатели , рассчитанные на длительный режим работы, при работе в повторно-кратковременном режиме с большим числом включений в течение определенного времени имеют ограниченное допустимое число включений в час z, которое зависит от фактической нагрузки электродвигателя, от соотношения между временем работы t_p (с) и паузы-остановки t_х (с) (рис. 34,в), а также от потерь энергии в двигателе за время разбега ∆А_p (Дж) и торможения ∆А_т (Дж). Эти потери в переходные периоды, когда частота вращения машины меньше номинальной, значительно превышают потери энергии в двигателе при работе с постоянной частотой вращения. Кроме того, при неподвижном роторе в период паузы ухудшается теплоотдача двигателя, что учитывается при расчете введением некоторого коэффициента v. Этот коэффициент зависит от способа вентиляции двигателей и может быть принят следующим: для закрытого двигателя с независимым охлаждением (способ охлаждения IC46) 0,9—1, для закрытого двигателя с охлаждением от собственного вентилятора (IC0141) 0,45—0,55, для защищенного двигателя с самовентиляцией (IC01) 0,25—0,35.

Ограничение по частоте включений двигателя вводится для того, чтобы не допустить чрезмерный перегрев его. Значение z можно определить из следующего выражения, которое используется в основном для двигателей малой мощности до 10—15 кВт:

(67)

где ∆р_ном, ∆р_с — потери мощности в электродвигателе при номинальной и фактической нагрузках, Вт; ПВ=(t_p/t_p+t_х) ∙100 — продолжительность включения, %.

При работе асинхронного двигателя с номинальной нагрузкой допустимое число включений в час равно:

(68)

Допустимая частота включений во многом зависит от момента инерции ротора двигателя. С увеличением мощности двигателя возрастает его момент инерции и z уменьшается. Мощность двигателей механизмов с большими статическими моментами сопротивления выбирают больше номинальной мощности механизма для сокращения времени пуска.

На практике не рекомендуется использование асинхронных электродвигателей, предназначенных для работы в режиме S1, для частого пуска механизмов, имеющих приведенный момент инерции, значительно больший, чем момент инерции самого двигателя. Для этих двигателей при максимально допустимом статическом моменте сопротивления механизма разрешается не более двух пусков в час.

Двигатели, используемые в повторно-кратковременных режимах S3 — S8, имеют соответствующую отметку на табличке (см. рис. 33).

Рис. 34. Графики работы асинхронного двигателя: а — кратковременный режим; б — повторно-кратковременный режим с переменной мощностью; в — повторно-кратковременный режим с постоянной мощностью