Тормозные режимы СД. Механические характеристики СД в тормозных режимах

В синхронных ЭП могут быть использованы все 3 известных электрических способа торможения:

- торможение противовключением,

- рекуперативное,

- динамическое.

1. Торможение противовключением может быть реализовано так же как у АД при помощи изменения последовательности чередования фаз напряжения, подводимого к статору, но, учитывая, что синхронные двигатели используются в ЭП большой и сверхбольшой мощности, этот способ торможения практически не применяется, так как приводит к перегреву двигателя и к преждевременному разрушению механизма. Область применения режима противовключения в СД ограничивается реверсом, при этом реверс реализуется, начиная с момента асинхронного запуска.

2. Рекуперативное торможение в синхронном ЭП может быть реализован только в том случае, если к ротору приложить со стороны некого вспомогательного источника (активного) механической энергии дополнительный момент, направленный в сторону вращения. Под действием этого момента скорость ротора станет больше синхронной скорости. Изменяется знак , рабочая точка перейдет из 1-ого квадрата в 3-ий (на угловой характеристике). Знак момента изменится на противоположный, и по отношению к направлению угловой скорости момент станет тормозным. Под действием тормозного момента , скорость вновь снизиться до . Очевидно, что для практической реализации снижения угловой скорости меньше этот способ торможения неприменим.

Учитывая выше сказанное, единственный практически применимый способ торможения - динамическое торможение.

Рис.68 Механическая характеристика СД при рекуперативном торможении

Рис.69 Характеристика СД при рекуперативном торможении ()

3. Динамическое торможение. Статорная обмотка отключается от источника 3-х фазного переменного напряжения и замыкается на тормозное сопротивление. Обмотка возбуждения ротора остаётся подключенной к источнику постоянного напряжения.

При этом, взаимодействие статического магнитного поля с токами во вращающемся роторе создаёт, в соответствии с правилом Ленца, момент направленный противоположно направлению вращающегося вала, т.е. тормозной. Механические характеристики аналогичны механическим характеристикам АД.

Интенсивность торможения определяется величиной . Чем меньше , тем торможение интенсивнее.

Рис.70 Схема подключения

Рис.71 Механическая характеристика СД при динамическом торможении

2.6.3 Синхронный ЭД, как объект управления. Динамические модели синхронного ЭД и синхронный ЭП в переменных «входы-выходы»

Математическое описание синхронной машины, необходимое для создания простой и удобной динамической модели должно включать в себя:

- уравнение зависимости синхронного момента синхронной машины от нагрузки;

- уравнение зависимости асинхронного момента синхронной машины от динамической жесткости.

Математическая модель синхронного ЭП, кроме перечисленных двух уравнений, должна содержать также классическое уравнение движения ЭП:

, (73)

где - момент, созданный 3-х фазной обмоткой статора.

Если иметь в виду, что область номинальных нагрузок (моментов) соответствует углу рассогласования , находящемуся в пределе , и в этой области зависимости носит практически линейный характер, то:

(74)

Известно, что может быть физически представлен в виде жесткости упругой электромагнитной связи, которая в этом случае будет аналогична жесткости упругой связи в механической модели ЭП (см. главу «Динамические модели 2-х массовой механической системы»). При этом растяжение упругой электромагнитной связи между осями в магнитном поле и ротора, равное углу , будет зависеть от скорости, с которой вращается магнитное поле статора, и от скорости, с которой стремится вращаться ротор. Если при этих условиях продифференцировать уравнение (74), то получим:

(75)

Кроме того, известно, что ротор синхронной машины снабжён дополнительной обмоткой типа «беличье колесо», которая обеспечивает дополнительную составляющую момента (асинхронную), которую можно представить как:

, (76)

где - динамическая жесткость, (см. главу «динамическая модель 2-х массовой машины»).

Синхронный двигатель может быть представлен в виде следующей структурной схемы с учётом выбора переменных:

(77)

(78)

(79)

Рис.72 Структурная схема динамической модели синхронного электродвигателя

Динамическая модель синхронного электропривода, кроме двух уравнений (78) и (79), будет включать в себя уравнение (80):

(80)

(81)

Имеем входные и выходные переменные задачи:

Рис.73а Схема синхронного электропривода

Рис.73б Структурная схема динамической модели синхронного электропривода