Торможение электродвигателя: способы и схемы
Торможение электродвигателя применяют, если необходимо сократить время свободного выбега и фиксацию механизма в конкретном положении. Существует несколько видов принудительной остановки устройства. Это механическое, электрическое и комбинированное. Механическое устройство представляет собой тормозной шкив, закрепленный на валу, с колодками. После отключения устройства колодки прижимаются к шкиву. За счет трения кинетическая энергия преобразуется в тепловую, т.е. происходит процесс торможения. Остальные способы и схемы торможения электрического двигателя будут рассмотрены далее в статье.
- Способы электрического торможения электроприводов
- Противовключения
- Динамическая остановка электропривода
- Режимы торможения моторов постоянного тока
- Рекуперативное торможение электрических машин
- Режим рекуперации в асинхронных электрических машинах
- Комбинированный режим
Способы электрического торможения электроприводов
Для того чтобы быстро остановить устройство или обеспечить постоянную скорость вращения используют электрические способы остановки.
- противовключения;
- динамический;
- рекуперативный.
Противовключения
Режим противовключения применяется при необходимости быстрой остановки механизма. Представляет собой смену полярности на обмотке якоря двигателя постоянного тока или переключения двух фаз на обмотках асинхронного электродвигателя.
В этом случае ротор вращается в противоположном направлении магнитного поля статора. Вращение ротора замедляется. При скорости вращения близкой к нулю с реле контроля скорости поступает сигнал, отключая механизм от сети.
На нижеприведенном рисунке представлена схема противовключения асинхронного электромотора.
После переключения обмоток возникает повышенное действующее напряжение и увеличение тока. Для его ограничения, в обмотки ротора или статора устанавливают дополнительные резисторы. Они ограничивают токи в обмотках в режиме торможения.
Динамическая остановка электропривода
Этот способ применяют на асинхронных машинах, подключенных к сети переменного тока.
Он заключается в отключении обмоток от сети переменного напряжения и подачи постоянного тока на обмотку статора.
На вышеприведенном рисунке представлена схема торможения трехфазного двигателя постоянным током.
Подача постоянного напряжения осуществляется с помощью понижающего трансформатора для динамического торможения. Пониженное переменное напряжение преобразуется в постоянное диодным мостом и подается на статорную обмотку. Для торможения электромотора может применяться дополнительный источник постоянного тока.
При этом ротор может быть выполнен в виде «беличьей клетки» или ее обмотку подключают к добавочным резисторам.
Постоянное напряжение создает неподвижный магнитный поток. При вращении ротора в нем наводится ЭДС, т.е. электромотор переходит в режим генератора. Возникающая электродвижущая сила рассевается на обмотке ротора и добавочных резисторах. Создается тормозной момент. В момент остановки механизма постоянное напряжение отключается по сигналу реле скорости.
Механизмы, где применяется электродвигатель с самовозбуждением, динамическую остановку выполняют с помощью подключения конденсаторов. Они соединяются треугольником или звездой.
Схема приведена на нижеприведенном рисунке.
На выбеге остаточная энергия магнитного поля переходит в заряд конденсаторов, а затем она питает обмотку статора. Возникающий тормозной эффект останавливает механизм. Конденсаторная батарея может быть подключена постоянно или подсоединяться в момент отключения от сети. Такая схема получила название «конденсаторное торможение асинхронного двигателя».
Если необходимо быстро остановить двигатель, то после отключения от сети, замыкают контакты накоротко без гасящих резисторов. При соединении обмоток закорачиванием в них возникают большие токи. Для уменьшения токов к обмоткам подключают токоограничивающие резисторы.
На нижеприведенном рисунке представлена схема с токоограничивающими резисторами.
Режимы торможения моторов постоянного тока
Динамическое торможение электродвигателя постоянного тока осуществляется после отключения его от сети с замыканием обмотки ротора на тормозной реостат.
Выделенная электрическая энергия рассеивается на реостате.
На вышеприведенном рисунке представлены схемы реостатного торможения двигателя постоянного тока.
Рекуперативное торможение электрических машин
Рекуперативное торможение электродвигателя характеризуется переводом двигателя в генераторный режим. При этом вырабатываемая электроэнергия возвращается в сеть или используется для подзарядки аккумулятора.
Этот режим широко применяется в электровозах, электричках, трамваях и троллейбусах. В момент торможения, вырабатываемая электроэнергия возвращается в электрическую сеть.
Режим рекуперативного торможения применяется для подзарядки аккумуляторов в гибридных автомобилях, электромобилях, электросамокатах, электровелосипедах.
Этот режим является наиболее экономичным и возможен при условии: если частота вращения ротора превышает частоту вращения холостого хода. Это условие выполняется, когда ЭДС электродвигателя превышает напряжение питающей сети.
А ток якоря и магнитный поток меняют свое направление. Электрическая машина переходит в генераторный режим, возникает момент торможения.
На рисунке представлена схема торможения тягового двигателя а) с независимым возбуждением и стабилизирующим сопротивлением, б) с противовозбуждением возбудителя.
Режим рекуперации в асинхронных электрических машинах
Режим рекуперации применяется не только в двигателях постоянного тока. Его можно применять и в асинхронных двигателях.
При этом такой режим возможен в следующих случаях:
- Если изменить частоту питающего напряжения при помощи частотного преобразователя. Что возможно при условии питания асинхронного электродвигателя от устройства с возможностью регулирования частоты питающей сети. Эффект торможения наступает при уменьшении частоты питающего напряжения. При этом переход в генераторный режим происходит, когда скорость вращения ротора становится больше номинальной (синхронной).
- Асинхронные машины, которые конструктивно имеют возможность переключения обмоток, для изменения скорости.
- В грузоподъёмных механизмах, где применяется силовой спуск. В них монтируется электромотор с фазным ротором. В этом случае скорость регулируется с помощью изменения величины резистора, подсоединяемого к обмоткам ротора. Магнитный поток начинает обгонять поле статора, а скольжение становится больше 1. Электромотор переходит в режим генератора, вырабатываемая электроэнергия возвращается в сеть, возникает тормозной эффект.
Комбинированный режим
Комбинированные тормозные режимы применяются в электрических машинах, если необходимо быстро остановить и зафиксировать механизм. Для этого используют механический блок торможения в комбинации с электрическим торможением. Комбинация может быть различной. Это может быть и электрическая схема с противовключением, динамическим и рекуперативным режимами.
Вот мы и рассмотрели основные способы и схемы торможения электродвигателей. Если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!
Материалы по теме:
- Для чего нужно реле приоритета нагрузок
- Что такое скольжение асинхронного двигателя
- Что такое звезда и треугольник в электродвигателе
Торможение асинхронного двигателя
Асинхронный двигатель схемы подключения
При использовании асинхронного двигателя, в качестве составной части какого-либо электропривода, часто возникает потребность в искусственной остановке двигателя.
В настоящее время существует множество различных способов торможения асинхронного двигателя, вот некоторые из них.
Динамическое (электродинамическое) торможение
Если отключить двигатель от сети переменного тока и подключить его к источнику постоянного тока, то произойдет динамическое торможение. Обмотка статора, при протекании постоянного тока, создаст неподвижное магнитное поле. При вращении в таком поле, в роторе будет наводиться ЭДС, под действием которой будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с неподвижным полем статора и создавать тормозной момент, который будет направлен против направления вращения ротора. В итоге двигатель будет постепенно останавливаться, причем скорость его остановки будет зависеть от силы постоянного тока, протекающего по статору, ну и конечно же от запасенной кинетической энергии электропривода. Эта энергия, преобразовываясь в электрическую, рассеивается в виде тепла на роторе.
В двигателе с фазным ротором, величину тормозного момента, а следовательно, скорость торможения, можно изменять, изменяя величину добавочных сопротивлений в цепи ротора.
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.
Торможение противовключением
Торможение противовключением применяется для быстрой остановки двигателя. Оно может быть осуществлено несколькими способами. В первом способе, в работающем двигателе, меняют две фазы местами, с помощью выключения контактора K1 и включения K2.
Во втором способе двигатель используют как тормоз для груза. То есть, если груз спускается вниз, то двигатель должен работать, наоборот, на подъем. Для этого в цепь ротора двигателя вводится большое добавочное сопротивление. Но его пусковой момент оказывается меньше чем момент нагрузки, и двигатель работает при некоторой небольшой скорости, тем самым обеспечивая плавный спуск.
По сути, торможение противовключением осуществляется по схеме реверса двигателя.
Торможение при самовозбуждении
Если питание двигателя отключить, то его магнитное поле затухнет только через небольшой промежуток времени. Если в этот момент подключить к статорной обмотке двигателя батарею конденсаторов, то энергия магнитного поля будет переходит сначала в заряд конденсаторов, а затем снова возвращаться в обмотку статора.
Величина тормозного момента будет зависеть от емкости конденсаторов, чем больше емкость, тем больше момент
Конденсаторы могут быть включены постоянно, а могут отключаться во время работы двигателя с помощью контактора.
Можно обойтись и без конденсаторов, просто замкнув с помощью ключей SA, обмотку статора по схеме “звезда”, предварительно отключив ее от сети с помощью контактора K. Тогда торможение произойдет значительно быстрее, за счет остаточного магнетизма двигателя. Такое торможение еще называется магнитным торможением.
Рекомендуем к прочтению — регулирование скорости асинхронного двигателя
Рекуперативное торможение: что это такое и как оно работает?
Советы и советы
- Дом
- Характеристики
- Советы и советы
Рекуперативное торможение превращает кинетическую энергию вашего автомобиля в электричество для зарядки аккумулятора и повышения эффективности.
Вот как…Автор: Sam Naylor
6 ноября 2020 г.
6 ноября 2020 г.
Если вы заинтересованы в покупке электрического или гибридного автомобиля, возможно, вы слышали о рекуперативном торможении. Но что означает этот термин и каково управлять автомобилем с этой системой? Читайте дальше, чтобы узнать все, что вам нужно знать.
Когда вы нажимаете на педаль тормоза автомобиля с бензиновым или дизельным двигателем, гидравлическая жидкость прижимает тормозные колодки к тормозным дискам на каждом колесе (или к барабанам на более старых и дешевых моделях). Возникающее в результате трение замедляет автомобиль, выделяя тепло и изнашивая материал на колодках и дисках.
Рекуперативное торможение — это способ использования энергии, потраченной впустую в процессе замедления автомобиля, для подзарядки автомобильных аккумуляторов. В обычном автомобиле торможение просто тратит энергию впустую, но при рекуперативном торможении часть энергии можно использовать повторно.
Системы рекуперативного торможения распространены на многих современных автомобилях. На бензиновых и дизельных моделях он используется для зарядки аккумулятора, который управляет различными вспомогательными системами автомобиля, что означает меньшую работу двигателя и меньшее сжигание топлива. В этих автомобилях система практически незаметна для водителя, но в гибридных и чисто электрических автомобилях рекуперативное торможение играет более активную и очевидную роль. В этих моделях регенерация тормозов может помочь зарядить более крупные аккумуляторы, непосредственно приводящие в движение автомобиль.
Как работает рекуперативное торможение?
Электродвигатель вашего гибридного или электрического автомобиля работает в двух направлениях: одно для привода колес и движения автомобиля, а другое для подзарядки аккумулятора. Когда вы поднимаете ногу с педали акселератора и нажимаете на тормоз, двигатель меняет направление и начинает возвращать энергию в аккумулятор.
Когда этот процесс начинается, вы можете почувствовать, как машина начинает замедляться. В каждом автомобиле с этой функцией возникают разные ощущения, потому что производители могут запрограммировать степень рекуперативного торможения, когда вы отпускаете педаль.
Все автомобили имеют нормальные тормоза, поэтому, если вы нажмете на педаль достаточно сильно, гидравлическая система сработает, чтобы быстро остановить вас (в зависимости от вашей скорости). Опять же, разные автомобили будут иметь разное усилие на педаль, необходимое для срабатывания тормозов.
На что похоже рекуперативное торможение?
Есть много автомобилей с рекуперативным торможением, и все они немного отличаются в использовании. На самом деле, в большинстве электромобилей вы даже можете настроить ощущения по своему вкусу.
Если вы хотите собрать как можно больше потерянной энергии, вы можете установить максимальное значение, или если вы ненавидите само ощущение торможения автомобиля, вы можете отключить его.
В большинстве случаев стоп-сигналы автомобиля включаются, если автомобиль резко замедляется, даже если вы даже не касаетесь педали тормоза.
В некоторых автомобилях даже есть автоматический круиз-контроль, использующий регенерацию тормозов. Автомобиль впереди контролируется датчиками, а рекуперация тормозов используется для соответствия скорости автомобиля на дороге.
Во многих электромобилях, когда вы полностью отпускаете педаль, создается впечатление, что вы твердо держите ногу на тормозе. Это часто называют вождением одной педалью, так как вам нужно модулировать правую ногу для ускорения и замедления, а не переключать ее между педалями тормоза и акселератора.
В Nissan Leaf это называется электронной педалью, и ее можно включать и выключать с помощью кнопки на приборной панели. В Kia e-Niro за рулевым колесом есть лепестки, которые обеспечивают четыре различных уровня регенерации.
Однако в других моделях регенеративная сила не очень велика. Это больше похоже на то, что вы находитесь на высокой передаче и используете торможение двигателем для замедления в бензиновом или дизельном автомобиле.
Регенеративное торможение обычно отрицательно влияет на ощущение педали тормоза, поэтому к этому нужно привыкнуть, особенно когда вы понимаете точку перехода между рекуперативным торможением и гидравлической тормозной системой.
Чтобы просмотреть список лучших электромобилей, которые можно купить сейчас, нажмите здесь…
Что такое рекуперативное торможение и как оно работает?
Рекуперативное торможение впервые было использовано в 1967 году компанией American Motors Corporation. Несмотря на то, что это была революционная идея, направленная на увеличение запаса хода автомобиля, она не прижилась, пока не стали популярными гибридные и электрические автомобили. В настоящее время система рекуперативного торможения является частью практически любого гибридного или электрического автомобиля.
Итак, что такое рекуперативное торможение и как оно работает?
Что такое рекуперативное торможение?
Рекуперативное торможение предназначено для экономии энергии, создаваемой при торможении, и использования ее для подзарядки аккумуляторов автомобиля.
В старых автомобилях эта энергия тратилась впустую, превращаясь в тепло и рассеиваясь в окружающую среду.
Даже если они используют рекуперативное торможение, электрические и гибридные автомобили имеют традиционную тормозную систему. Часть тормозного усилия возлагается на обычную тормозную систему, а остальная часть расходуется на регенерацию энергии.
Это решение принимается блоком управления рекуперативным торможением, который определяет, необходима ли для безопасного вождения только одна или обе системы. Кроме того, блок решает, будет ли регенерированная энергия сохранена или использована немедленно.
Вопреки распространенному мнению, рекуперативное торможение используется не только в гибридных или электрических автомобилях. Автомобили с бензиновыми или дизельными двигателями используют тот же принцип для зарядки автомобильного аккумулятора и экономии топлива. В настоящее время даже электрические велосипеды рекламируются как оснащенные рекуперативным торможением.
Как работает рекуперативное торможение?
В гибридном или электрическом транспортном средстве электродвигатель может вращаться в двух направлениях. Одно из направлений поворачивает колеса и ведет автомобиль, а другое заряжает аккумуляторную систему автомобиля.
Когда вы прекращаете нажимать на педаль газа, и ваш автомобиль движется накатом, или когда вы нажимаете на педаль тормоза, двигатель начинает вращаться в противоположном направлении и восстанавливает энергию, создаваемую при торможении.
Насколько эффективно рекуперативное торможение?
Вы не можете указать конкретное число, когда речь идет об эффективности системы. Количество сэкономленной энергии за счет рекуперативного торможения пропорционально уровню тормозного усилия. Таким образом, система работает лучше на более высоких скоростях и для более тяжелых транспортных средств.
Для электромобилей рекуперативное торможение может сэкономить до 75 процентов энергии, которая была бы потрачена впустую при обычном торможении.
Для гибридных или классических автомобилей это может снизить расход топлива на 10–20 процентов. Хотя это не имеет большого значения, это может помочь вам преодолеть беспокойство по поводу диапазона EV.
Рекуперативное торможение менее эффективно на низких скоростях, особенно в пробках. При движении в медленном потоке вы останавливаете автомобиль, используя небольшое тормозное усилие, поэтому для перезарядки автомобильных аккумуляторов остается не так много энергии. Возможно, стоит потратить некоторое время и использовать приложение для планирования поездок, чтобы избежать пробок, особенно если у вас низкий заряд батареи!
Отличается ли рекуперативное торможение?
При первом вождении автомобиля, оснащенного рекуперативным торможением, вы можете почувствовать, что педаль тормоза не реагирует или ее трудно контролировать для эффективного и безопасного торможения.
Определение точки перехода между рекуперативной и обычной тормозной системой занимает некоторое время.
Таким образом, по сравнению со старыми автомобилями вам придется сильнее нажимать на педаль, если вам нужно быстро остановить автомобиль.
Тем не менее, в современных автомобилях вы можете выбрать режим рекуперативного торможения, чтобы чувствовать себя уверенно за рулем. Кроме того, вы можете выбрать максимальный уровень, если хотите максимально зарядить аккумуляторы, или вы можете полностью отключить его, если вы не знакомы с тем, что автомобиль замедляется сам по себе.
В зависимости от производителя автомобиля, если полностью убрать ногу с педали акселератора, автомобиль резко затормозит.
Это известно как «вождение с одной педалью», поскольку вам нужно управлять только педалью акселератора, а не постоянно переключаться между педалями тормоза и акселератора. Однопедальная система вождения, также известная как E-pedal, уже доступна на нескольких электромобилях, таких как Nissan Leaf, Jaguar I-Pace и Tesla Model S Performance.
Может ли рекуперативное торможение сэкономить деньги?
Рекуперативное торможение заряжает аккумуляторы автомобиля и увеличивает запас хода до подзарядки.