Реализация рекуперативного торможение асинхронного электродвигателя

Асинхронная машина, в принципе, как и все электрические машины, является обратимой. Это значит, что она может работать как в режиме двигателя, выполняя какую-то полезную работу, так и в режиме генератора – вырабатывая электрическую энергию.

Если к валу асинхронного электродвигателя приложить момент нагрузки, то преодолевая этот момент, машина будет потреблять энергию из сети. При работе на холостом ходу будет потребляться только энергия, необходимая для покрытия механических потерь в самой машине. Если к валу асинхронной машины подсоединить еще один электродвигатель и с его помощью вращать асинхронную машину, то потери в роторе будут компенсированы за счет приводного двигателя, а в случае, если скорость вращения вала асинхронной машины превысить синхронную частоту вращения (скорость вращения магнитного поля статора), то начнется рекуперация энергии в сеть. Давайте более подробно рассмотрим процесс рекуперации энергии в сеть.

При работе машины в двигательном режиме вращающееся магнитное поле пересекает проводники роторной и статорной обмотки в одинаковом направлении, следствием чего становится совпадение ЭДС статора Е1 и ротора Е2 по фазе. При переходе асинхронника в режим рекуперативного торможения магнитное поле пересекает проводники статора в прежнем направлении, а вот роторные проводники при n>n0 – в противоположном. При этом ЭДС ротора изменит свой знак на обратный и будет равна:

ЭДС ротора асинхронного двигателя при рекуперативном торможении

Соответственно ток ротора:

ток ротора асинхронного двигателя при рекуперативном торможении

Отсюда следует, что при переходе в режим рекуперации направление изменит только активная составляющая роторного тока, реактивная не поменяет свое направление. Активный ток поменяет направление из-за изменения направления момента асинхронной машины, по сравнению с двигательным режимом.

Векторная диаграмма асинхронного электродвигателя в генераторном режиме:

Векторная диаграмма асинхронного электродвигателя в генераторном режиме

Векторная диаграмма показывает, что между U и I1 угол сдвига фазы φ1>(π/2), что будет соответствовать режиму, в котором первопричиной появления тока I1 будет не напряжение питающей сети, а ЭДС Е1. Таким образом, статорная обмотка работает в режиме генератора, отдавая энергию в сеть.

Такие же выражения возможно получить и с помощью эквивалентной схемы. Активная составляющая роторного тока будет равна:

Активная составляющая роторного тока будет равна

Это значит, что при ω>ω0, скольжение s изменит знак, соответственно поменяет знак I2a/, что значит переход машины в режим рекуперативного торможения. Это подтверждает и выражение электромагнитной мощности:

выражение электромагнитной мощности

Данное выражение показывает, что при переходе в режим рекуперативного торможения мощность электромагнитная изменяет свой знак, что означает отдачу мощности вторичным контуром.

Обратившись к выражению мощности вторичного контура:

выражение мощности вторичного контура

Из этого выражения мы можем увидеть, что знак реактивной мощности будет сохранятся независимо от режима работы.

Это значит что – асинхронный электродвигатель в рекуперативном режиме тоже потребляет реактивную мощность. И чтоб осуществить рекуперацию, необходим источник реактивной мощности, который необходим для создания вращающегося магнитного поля.

Рекуперативное торможение часто используют в подъемно-транспортных механизмах, при спуске тяжелых грузов. Груз, который опускается, развивает на валу машины отрицательный момент и скорость становится n>n0. Таким образом, машина переходит в режим рекуперативного торможения и тем самым создает тормозной момент на валу. В точке пересечения характеристики со значением статического момента скорость двигателя устанавливается, и груз опускается с постоянной скоростью, как это показано ниже:

Механическая характеристика асинхронного электродвигателя при рекуперативном торможении

тормозной момент будет отсутствовать  в том случае, если момент на валу машины будет больше, чем критический момент этой же машины.

Рекуперативное торможения при наличии на валу асинхронной машины реактивного статического момента возможно только при наличии преобразователя частоты или двигателя, с переключающимся числом пар полюсов. Рассмотрим для двигателя с переключающимся числом пар полюсов.

Если обмотки статорные двигателя, работающего на высокой скорости1

То есть число пар полюсов меньше, переключить на большее число пар полюсов р1, то в таком случае скорость вращения вала асинхронной машины станет больше, чем синхронная скорость, соответствующая новому числу полюсов

2

Машина перейдет в режим генератора:

Механическая характеристика асинхронного электродвигателя при рекуперативном торможении при переключении числа пар полюсов

На рисунке, область рекуперативного торможения соответствует участку BCD на механической характеристике.

Довольно часто такой способ применяют в металлорежущих станках, в которых применяю асинхронные машины с переключающимся количеством пар полюсов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подтвердите, что Вы не бот — выберите человечка с поднятой рукой: