Тормозные режимы электроприводов обуславливаются требованиями технологии и техники безопасности при эксплуатации машин и механизмов. Технологические требования связаны с созданием тормозных моментов нагрузочных устройств, подъемных механизмов, технологических линий по обработке материалов, а также для точной остановки различных механизмов. В электроприводах машин с режущими и валковыми рабочими органами требуется эффективное торможение при аварийных остановках.
Рекуперативное торможение. Исходя из свойства обратимости электрических машин, каждая машина может работать как в двигательном, так и в генераторном режиме.
Пусть обмотка статора асинхронной машины подключена к трехфазной сети, а ее вал соединен с валом первичного двигателя. Если первичный двигатель раскрутит вал до частоты n2, которая будет превышать частоту n1 магнитного поля асинхронной машины, то ее скольжение станет отрицательным. И активная составляющая тока ротора Iʹ2 тоже будет отрицательной, соответственно и момент М будет отрицательным. Это будет означать, что машина не вырабатывает механическую мощность (не является двигателем), а потребляет ее, то есть работает как генератор и энергию отдает в трехфазную сеть.
Механическая характеристика АД в режиме генератора показана на рис.1 слева. Скольжение ротора в этом режиме может изменяться теоретически в пределах (0; -∞). В этом случае потребляемая из сети реактивная мощность велика (она составляет 20-50% от полной мощности асинхронного генератора. Поэтому асинхронные генераторы не применяются в качестве источников электроэнергии.
Генераторный режим работы АД используется для рекуперативного торможения, например, при спуске груза подъемным краном. Под действием силы тяжести груза ротор АД разгоняется, и его частота вращения становится больше частоты вращения поля. Возникающий при этом тормозной момент ограничивает скорость спуска груза, кинетическая энергия движения груза преобразуется в электрическую энергию и возвращается в сеть.
Режим работы электрической машины, при котором ток якоря равен нулю, называется идеальным холосты ходом. Скорость вращения идеального холостого хода:
ɷ0=U/СФ
Динамическое торможение. Если в двигателе постоянного тока динамическое торможение осуществляется переключением якоря с источника на реостат, то в асинхронном двигателе это достигается при отключении обмотки статора от сети переменного напряжения и подключении ее к источнику постоянного напряжения, для чего используется переключатель. Один из выводов статора подключают к положительному зажиму источника постоянного напряжения, два других соединяют между собой и подключают к отрицательному зажиму источника. В обмотке статора будет протекать постоянный ток, который создает неподвижное магнитное поле. В обмотке ротора, который вращается по инерции, наводится ЭДС и появляется ток ротора. При взаимодействии магнитного поля этого тока с неподвижным полем статора возникает тормозной момент. Как при пуске неподвижного двигателя, так и при динамическом торможении вращающегося ротора имеет место вращение поля статора относительно ротора.
Для осуществления этого режима обмотка статора АД отключается от сети переменного тока и подключается к источнику постоянного тока, а цепь ротора при этом замыкается накоротко или на добавочные резисторы (рисунок 2)
Для регулирования тормозного момента в двигателе с фазным ротором изменяют сопротивление резисторов в цепи ротора, а в двигателе с короткозамкнутым ротором изменяют сопротивление резистора, включенного в цепь постоянного тока.
Рисунок 2.
Торможение противовключением осуществляется изменением направления вращения поля статора. Для этого два из трех проводов, соединяющих обмотку статора с трехфазной сетью, меняют местами посредством переключателя. Те же причины, которые создают разгон АД, теперь вызывают его торможение: ротор стремится следовать за вращающимся полем статора.
В процессе торможение противовключением направления вращения ротора и поля статора противоположны, и скольжение превышает единицу. Ток ротора при этом превышает пусковой ток (при пуске s=1). Поэтому на время торможения противовключением в цепь ротора необходимо ввести активное сопротивление. Таким образом данный способ торможения может быть использован только для АД с фазным ротором.
Реверс АД.
После уменьшения частоты вращения до нуля двигатель отключают от сети, иначе происходит его разгон в противоположную сторону – реверс.
Чтобы выполнить реверсирование двигателя, т.е. изменить направление вращения его якоря, необходимо изменить направление вращающегося момента М. Вращающийся момент пропорционален магнитному потоку и току якоря:
Iя=М/СеФ
Направление магнитного потока определяется направлением тока возбуждения. Поэтому для изменения направления вращения надо изменить направление тока якоря или тока возбуждения, т.е. поменять местами концы проводов, присоединенных к зажимам обмотки возбуждения (это выполняется при помощи переключателя). Изменение полярности источника питания не приведет к реверсированию, так при этом изменится направление и тока якоря и тока возбуждения.