HAMOWANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO

Wiadomości wstępne

Potrzeba hamowania występuje w dwóch przypadkach: gdy chodzi o zatrzymanie maszyny będącej

w ruchu lub utrzymanie stałej prędkości czy jej ograniczenie. Silniki indukcyjne można hamować jednym
z poniżej podanych sposobów:

 hamowanie wybiegiem
 hamowanie mechaniczne
 hamowanie silnikiem (dynamiczne lub przeciwprądem)
 hamowanie odzyskowe
Hamowanie wybiegiem - stosuje się w napędach małej mocy, gdzie czas hamowania nie ma istotnego

znaczenia, a ze strony urządzenia napędzanego nie występuje moment napędowy (tarcze szlifierskie, napędy
wrzecion, małych tokarek itp.). Hamowanie wybiegiem polega na tym, że po wyłączeniu zasilania silnika,
hamowany jest on jedynie poprzez tarcie w łożyskach i przekładniach.

Hamowanie mechaniczne – najbardziej rozpowszechniony sposób hamowania silników – polega na

celowym zwiększaniu tarcia pomiędzy elementem wirującym a dociskanym do niego hamulcem bębnowym.
Hamowanie mechaniczne stosowane może być jako jedyne lub jako współpracujące z hamowaniem
silnikowym, którym nie zawsze można doprowadzić do całkowitego zatrzymania silnika i urządzenia
napędzanego.

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

-

-

Rys. 12.1. Sposoby zasilania uzwojeń silnika indukcyjnego przy hamowaniu dynamicznym

Hamowanie silnikiem – elektryczne, jest sposobem najskuteczniejszym, ze względu na to, że

wytworzony poprzez silnik moment hamujący może być równy, a często i większy od momentu
znamionowego silnika. Silnik elektryczny hamowany tym sposobem może być więc hamowany bardzo
szybko. Hamowanie silnikowe może być realizowane dynamicznie – prądem stałym lub przemiennym
jednofazowym, albo przeciwprądem.
Hamowanie dynamiczne silnika indukcyjnego polega na tym, że po odłączeniu go od sieci (po zakończeniu
normalnej pracy silnikowej), włącza się uzwojenia stojana połączone wg jednego ze sposobów z rysunku
12.1. do sieci prądu stałego lub przemiennego jednofazowego. Przy hamowaniu dynamicznym prądem
stałym silnika asynchronicznego wytwarzany jest poprzez stały prąd stojana stały w czasie i przestrzeni
strumień magnetyczny. Strumień ten indykuje w wirujących uzwojeniach wirnika siłę elektromotoryczną,
która powoduje w zamkniętym jego uzwojeniu przepływ prądu. Prąd ten współdziałając ze strumieniem
stojana daje, zgodnie z regułą Lenza, efekt hamowania wirnika. Tak hamowany silnik indukcyjny można
porównać z generatorem synchronicznym pracującym przy zmiennej częstotliwości. Uzwojenie wirnika
silnika indukcyjnego spełnia analogiczną rolę, jak obwód obciążenia generatora. Przy tym hamowaniu silnik
nie może być wyhamowany do końca, jeśli w chwili rozpoczęcia hamowania silnika urządzenie napędzane
staje się urządzeniem napędzającym. W takim przypadku ustala się pewna prędkość obrotowa silnika
pracującego hamulcowo, będąca równowagą momentów: napędzającego i hamującego. Aby całkowicie
zatrzymać urządzenie będące w ruchu należy „dohamować” je mechanicznie. Wartość momentu
hamującego zależy od wielkości stałego strumienia wytworzonego w stojanie, a poślizg krytyczny, podobnie
jak przy pracy silnikowej, jest określony przez rezystancję obwodu wirnika. Poprzez zmianę tych wielkości
(strumienia i rezystancji dodatkowej R

d

wtrąconej w obwód wirnika) można wpływać na przebieg

hamowania. Na strumień można wpływać poprzez zmianę prądu, lub zmieniając sposób połączenia uzwojeń
stojana przy hamowaniu. Wpływ prądu i rezystancji R

d

na moment hamujący M

h

przy hamowaniu został

przedstawiony na rysunku 12.2. Napięcie źródła prądu zasilającego stojan silnika ma wielokrotnie niższą

1

wartość od znamionowego napięcia prądu przemiennego, co wynika stąd, że w stanie ustalonym uzwojenia
przedstawiają dla prądu stałego tylko rezystancję.

M

M

n

n

I

R

R

R

R

= 0

I

I

I

I

1

d

d 1

d 1

d 2

1

3

2

2

<

<

<

a )

b )

M

h

M

h

Rys. 12.2. Charakterystyki mechaniczne maszyny indukcyjnej pierścieniowej przy hamowaniu dynamicznym: a) wpływ

wartości prądu stałego, b) wpływ rezystancji dodatkowej w obwodzie wirnika

Przy hamowaniu dynamicznym prądem przemiennym jednofazowym wytworzone w stojanie pole

magnetyczne jest polem pulsującym, które rozkłada się na składowe: zgodną i przeciwną. Istotnym
warunkiem przy tym sposobie hamowania jest to, aby rezystancja wtrącona w obwód zapewniała poślizg
krytyczny większy od jedności. Ten sposób hamowania, ze względu na pulsujący charakter pola
magnetycznego jest dużo mniej skuteczny od hamowania dynamicznego prądem stałym – przy którym
wytwarzane jest stałe pole magnetyczne.

1

2

3

4

5

A

B

C

D

E

F

ILO ŚĆ RYSUN KÓ W
W PR O J EKC IE

NUMER

RYSUNKU

Hamowanie silnika indukcyjnego

OBWODY MOCY

2

01

A

V

uzw.

wirnika

R

d

ESC OK

N

L1

Rys.12.3 . Schemat obwodów mocy do hamowania silnika indukcyjnego prądem stałym

2

Hamowanie przeciwprądem silnika asynchronicznego polega na wytworzeniu przez uzwojenie stojana

strumienia magnetycznego wirującego przeciwnie do aktualnego kierunku obracania się silnika.
Wytworzenie takiego strumienia jest spowodowane zamianą miejscami dwu faz zasilających stojan.
Strumień ten powoduje wytworzenie w uzwojeniach wirnika siły elektromotorycznej, pod wpływem której
w uzwojeniach tych płyną prądy o dużych wartościach. Z uwagi na to, że pola magnetyczne stojana i
wirnika wirują przeciwnie względem siebie, to wytwarzają efekt silnego hamowania. Na przebieg
hamowania przeciwprądem silnika pierścieniowego można wpływać poprzez zmianę rezystancji dodatkowej
R

d

wtrąconej w obwód wirnika lub przez zmianę układu połączeń obwodu stojana (gwiazda lub trójkąt).

Pierwszy sposób nie powoduje zmian wartości momentu – zmienia jedynie wartość poślizgu krytycznego,
przy którym występuje maksimum momentu. Hamowanie przeciwprądem występuje w zakresie poślizgu
większego od jedności.

Hamowanie odzyskowe. Maszyna indukcyjna pracująca przy prędkości nadsynchronicznej (s<0) może

być wykorzystana do celów hamowania. Hamowanie to nie jest możliwe przy prędkości mniejszej niż
synchroniczna, co znacznie ogranicza zakres stosowania tego sposobu hamowania. W czasie pracy
z prędkością większą od synchronicznej maszyna wiruje w jednym kierunku a moment elektromagnetyczny
działa w kierunku przeciwnym co świadczy o pracy hamulcowej. W czasie hamowania energia kinetyczna
układu jest zamieniana w energię elektryczną i oddawana do sieci oraz częściowo tracona w maszynie.

Zasada pracy układu sterowania dynamicznym hamowaniem prądem stałym w funkcji czasu

silnika indukcyjnego.

Układ przedstawiony na rysunkach 12.3 i 12.4. umożliwia dokonanie dynamicznego hamowania

silnikiem pierścieniowym w warunkach laboratoryjnych. Hamowanie może być przeprowadzone przy
różnych prądach stałych nastawionych poprzez zmianę napięcia stałego, różnych rezystancjach R

d

,

wtrąconych w obwód wirnika, a także różnych skojarzeniach uzwojeń możliwych do wybrania z rysunku
12.1. Różne skojarzenia otrzymuje się poprzez odpowiednie połączenie zestyków mocy stycznika K2.

Opis sposobu programowania modułu logicznego, oraz opis dokumentacji elektrycznej znajduje się

w § 14.

ILO ŚĆ RYSUN KÓ W
W PR O J EKC IE

2

NUMER
RYSUNKU

02

Hamowanie silnika indukcyjnego

OBWODY STEROWANIA

1

2

3

4

5

A

B

C

D

E

F

Rys. 12.4. Schemat obwodów sterowania do hamowania silnika indukcyjnego prądem stałym

3

Załączenie układu odbywa się poprzez wciśnięcie łącznika S1. Powoduje to zwarcie przekaźnika Q1

modułu programowalnego, podanie napięcia na cewki styczników K1 i K4. Rozwierają się zestyki
rozwierne tych styczników, a zwierają zestyki mocy. Układ zaczyna pracować w pracy silnikowej przy
uzwojeniach stojana skojarzonych w trójkąt. Po uzyskaniu przez silnik prędkości znamionowej można
przystąpić do jego hamowania dynamicznego prądem stałym. W tym celu należy przycisnąć łącznik S3.
Powoduje to rozłączenie przekaźnika Q1 modułu logicznego. Cewki styczników K1 i K4 zostają odłączone
od napięcia, co w efekcie daje odłączenie silnika od sieci trójfazowej i rozłączenie uzwojeń stojana. Po
zwłoce czasowej (ok. 0,1s) następuje załączenie przekaźnika Q2 modułu logicznego.

I2

T=2s

T=0,1s

B05

B04

I3

x

x

I1

I3

Q1

Załącz

Sieć

B01

B03

B07

B08

T=0,1s

I2

Hamowanie

Wyłącz

B06

B02

Hamowanie

a)

Q1

Q2

Rys. 12.5. Program do hamowania silnika pierścieniowego prądem stałym

Powoduje to podanie napięcia na cewki styczników K2 i K3, rozwarcie zestyków pomocniczych,

a następnie zwarcie zestyków mocy tych styczników. Zostaje podłączone napięcie stałe, a silnik skojarzony
w zależności od sposobu podłączenia zestyków mocy stycznika K2. Po czasie ustawionym w module
programowalnym następuje rozłączenie całego układu. Powtórne załączenie hamowania jest możliwe
dopiero po ponownym rozruchu silnika. Przyciśnięcie łącznika S2 powoduje rozłączenie silnika zarówno
w pracy silnikowej jak i hamulcowej. Należy zwrócić uwagę, że w przycisku S2 wykorzystano zestyk
rozwierny. Może to stanowić zabezpieczenie przed zanikiem napięcia, lub przed ponownym rozruchem
w przypadku zadziałania zabezpieczenia termicznego .

Na rysunku 12.5. przedstawiono programy modułu logicznego do hamowania prądem stałym

i przeciwprądem.

12.1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami hamowania silników indukcyjnych, układami

automatyki występującymi w badanych metodach, oraz obserwacja zjawisk występujących przy hamowaniu
silnika.

12.2. Przebieg ćwiczenia

12.2.1. Zapoznanie się z aparaturą

Przed rozpoczęciem ćwiczenia należy zapoznać się z charakterystycznymi danymi aparatury

przeznaczonej do wykonania ćwiczenia (rodzaje aparatów, napięcia, prądy znamionowe).

4

12.2.2. Wprowadzenie programu do modułu logicznego

Zaprogramować moduł logiczny odpowiednio do rodzaju hamowania, zwracając szczególną uwagę na

wpisanie odpowiednich czasów w blokach opóźnionego załączenia i wyłączenia. Opis sposobu
programowania i bloków logicznych znajduje się w § 14.

12.2.3. Zmontowanie i uruchomienie układu

Zmontować układ odpowiedni do rodzaju hamowania w taki sposób, aby najpierw dokonać sprawdzenia

poprawności działania samego obwodu sterowania. Po stwierdzeniu prawidłowej kolejności zamykania
i otwierania się poszczególnych elementów i właściwego działania blokad można uruchomić również
obwody mocy.

12.2.4. Badanie hamowania dynamicznego prądem stałym

Przeprowadzić hamowanie dla następujących wartości prądu stałego: I

s

= (0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25)I

N

(I

N

 znamionowy prąd silnika), dla swobodnego wybiegu (I

s

=0), oraz dla dwóch różnych wartości

rezystancji R

d

włączonych w obwód wirnika i R

d

= 0. Badanie hamowania przeprowadzić dla jednego

wybranego z rysunku 12.1. układu połączeń uzwojeń. Przy każdej próbie odczytać wartość napięcia, prądu
i czasu hamowania. Wyniki wpisuje się w tabeli 12.1. Na podstawie pomiarów wykonuje się
charakterystyki:

)

R

(

f

t

);

P

(

f

t

);

I

(

f

t

d

h

h

s

h









.

s

s

I

U

P







Tabela 12.1.

U

s

I

s

t

h

R

d

=0

R

d1

R

d2

Dla różnych I

s

oraz R

d

zarejestrować przy pomocy oscyloskopu przebiegi

)

(t

f

n



.

12.3. Sprawozdanie.

Sprawozdanie powinno zawierać:

 dane znamionowe i opis badanych układów
 charakterystyki

)

(t

f

n



,

)

(

);

(

d

h

s

h

R

f

t

I

f

t





; dla różnych R

d

, I

s

, oraz dla swobodnego wybiegu

 przy hamowaniu dynamicznym - obliczenia wartości strat mocy i charakterystyki

)

P

(

f

t

h





, dla

różnych prądów hamowania I

s

 wnioski i spostrzeżenia.

5