Рекуперативное торможение АД

Указанный режим с отдачей электрической энергии в сеть создается, если, не отключая статора АД от сети, вращать ротор от постороннего источника механической энергии в направлении вращения магнитного поля статора со скоростью w, превышающей синхронную скорость или скорость поля статора w₀. В этом режиме скольжение становится отрицательным и, вследствие этого, момент АД меняет направление. Рекуперативный режим электрического торможения используется преимущественно в приводах палубных механизмов для короткозамкнутых АД с переключением числа полюсов обмотки статора. В указанных АД рекуперативное торможение может быть получено как при работе на одной скорости благодаря действию силы тяжести опускаемого груза, так и при переключении числа пар полюсов.

Рис.4.18. Механические характеристики АД в режиме рекуперативного торможения

Рассмотрим рекуперативное торможение, которое возможно в ЭП грузоподъемного механизма при опускании тяжелого груза. При включении ЭП на спуск тяжелого груза ротор АД постепенно увеличивает угловую скорость, вследствие чего скольжение s = (w₀ – w)/w₀ постепенно уменьшается. Направление и значение момента электродвигателя М = kI₂Ф соs j₂ определяется скольжением, так как скольжение определяет ЭДС Е₂s, от которой зависит фаза и значение тока ротора. При достижении ротором угловой синхронной скорости s = 0 и соответственно равны нулю ЭДС, ток и вращающий момент АД. В этом случае Х₂s = 0, а соs j₂ = 1. Под действием момента сопротивления от силы тяжести груза продолжается дальнейшее ускорение ротора и его скорость становится больше угловой скорости поля статора. При скорости w = w₀ ротор опережает вращающееся магнитное поле и проводники его обмотки пересекаются магнитным потоком в противоположном направлении.

Следовательно, также изменяется и скольжение s = (w₀ – w)/w₀ = – (w – w₀)/w₀. Ввиду того, что скольжение стало отрицательным по знаку, меняется фаза ЭДС и активной составляющей тока ротора. Это приводит к изменению направления момента АД, который для ЭП, вращающегося в сторону опускания, является тормозным. При дальнейшем увеличении угловой скорости под действием момента сопротивления скольжение по абсолютному значению возрастает– ЭДС и ток ротора увеличиваются.

При ускорении ротора также увеличивается его индуктивное сопротивление и соответственно соsj₂ уменьшается. Однако при скорости ротора, немного превышающей синхронную, уменьшением соs j₂ можно пренебречь, поэтому при ускорении ротора вследствие возрастания его тока тормозной момент электродвигателя Мт = kI₂Ф соs j₂ увеличивается. Когда тормозной момент станет равным движущему моменту сопротивления, разгон прекратится и ЭП будет вращаться с установившейся скоростью. Если при большом моменте М΄с скорость ротора и соответственно скольжение возрастут настолько, что индуктивное сопротивление ротора Х_2s = 2pf₁Ls —станет равным R₂, то тормозной момент хотя и достигнет критического значения М΄k, но будет оставаться меньше М΄c. При этом ротор будет продолжать ускоряться и в результате ЭДС, ток ротора и индуктивное сопротивление будут увеличиваться, а соs j₂ — уменьшаться. Более интенсивное уменьшение соs j₂ по сравнению с увеличением тока ротора после М΄k вызовет уменьшение тормозного момента и при резком увеличении скорости АД происходит почти свободное падение груза (квадранты II и IV на рис. 4.18, опрокидывание показано штриховой линией).

При работе АД в режиме рекуперации происходит отдача электрической энергии в сеть. Это объясняется тем, что в двигательном режиме магнитные поля статора и ротора действуют встречно и результирующее магнитное поле наводит в статоре ЭДС, которая меньше, чем напряжение сети:

Когда АД переходит в режим рекуперативного торможения, то вследствие изменения фазы тока в роторе магнитное поле его действует согласно с магнитным полем статора и результирующий магнитный поток увеличивается. Соответственно возрастает ЭДС статора и ввиду того, что значение ее оказывается больше напряжения сети, происходит отдача активной энергии в сеть. Из-за увеличенного магнитного потока тормозной момент Мт = kI₂Ф соs j₂ имеет увеличенное значение, поэтому в режиме рекуперации критическое значение момента будет больше, чем в двигательном режиме М΄k > Мk. Отдача электрической энергии в сеть может вызвать повышение напряжения, а также привести к срабатыванию реле обратной мощности.