Hamowanie elektryczne silników indukcyjnych

ODZYSKOWE Maszyna pracuje jako prądnica, pobierając na wale moc mechaniczną, a oddając do sieci elektryczną. Po przekroczeniu prędkości synchronicznej ω_s w maszynie wytwarza się moment hamujący. Jest to praca w II lub IV kwadracie wykresu ω=f(M). Przejście z pracy silnikowej do hamowania może nastąpić wskutek: 1. Obciążenia maszyny momentem czynnym; 2. Zmniejszenia częstości napięcia zasilania; 3. Zwiększenia liczby par biegunów w silnikach wielobiegowych. Aby uzyskać odzysk. Należy przełączyć silnik na przeciwny kierunek wirowania. Jest to hamowanie ekonomiczne, skuteczne i łatwe w realizacji.

PRZECIWPRĄDOWE Polega na zmianie kierunku wirowania silnika. Hamowanie to wykorzystuje się głównie przy pracy nawrotnej. Silnik pracuje z poślizgiem s>1. Dla ograniczenia prądu do wymaganej wartości trzeba włączyć w obwód wirnika duże wartości rezystancji, w wyniku czego otrzymuje się mało sztywne przebiegi charakt. i małą stateczność pracy. Drugą wadą jest duża strata energii na rezystorach. Stosuje się w układach napędowych małej i średniej mocy.

DYNAMICZNE PRĄDEM STAŁYM Polega na odłączeniu uzwojenia stojana silnika od sieci zasilającej prądu przemiennego i przyłączeniu go do źródła prądu stałego. Prąd indukowany w wirniku wytwarza moment hamujący silnik. Wartość tego prądu reguluje się poprzez włączenie dodatkowej rezystancji. Jest to hamowanie ekonomiczne, mały pobór mocy z sieci.

Zależność momentu hamującego

od prędkości kątowej

Regulacja prędkości kątowej silników indukcyjnych

Prędkość kątowa silnika indukcyjnego wyraża się wzorem:

ω = ω_s(1-s) = 2f₁(1-s) / p

Wszystkie metody regulacji prędkości kątowej można sprowadzić do zmiany trzech parametrów: poślizgu s, liczby par biegunów p oraz częstotliwości napięcia zasilania f₁. Zmianę poślizgu uzyskuje się przez zmianę rezystancji w obwodzie wirnika bądź przez wprowadzenie dodatkowego napięcia do obwodu wirnika silnika pierścieniowego (układ kaskadowy). Regulacja przez włączenie dodatkowej rezystancji w obwód wirnika przebiega podobnie jak dla silników obcowzbudnych prądu stałego. Jest ona prosta w realizacji, ale wiąże się z dużymi stratami energii oraz małą sztywnością charakterystyk mechanicznych (rys15). Do regulacji prędkości kątowych można wykorzystać rezystory stosowane do rozruchu. Należy jednak pamiętać, że rozrusznik jest przeznaczony do pracy dorywczej, natomiast rezystor regulacyjny pracuje przy obciążeniu ciągłym, musi więc mieć znaczną moc.

Regulacja prędkości przez zmianę liczby par biegunów jest bardzo ekonomiczna tam, gdzie wymagana liczba stopni prędkości nie przekracza 2 ..4. Do takiej regulacji stosuje się silniki wielobiegowe, których uzwojenie stojana musi być przełączalne na dwie liczby biegunów. Mogą też być dwa rodzaje uzwojenia w stojanie, co umożliwia zwiększenie liczby stopni prędkości kątowej. Klatkowy wirnik nadaje się do każdej liczby par biegunów.

Regulacja prędkości przez zmianę częstotliwości napięcia zasilającego jest regulacją płynną w bardzo szerokim zakresie i obecnie dzięki rozwojowi techniki przekształtnikowej jest powszechnie stosowana. Jest to regulacja ekonomiczna. Zmiana częstotliwości napięcia zasilania wywołuje zmianę momentu krytycznego M_b silnika. Utrzymanie stałej wartości momentu krytycznego M_b pociąga za sobą konieczność zmiany amplitudy napięcia zasilającego tak, aby został spełniony warunek U/f = const w przedziale częstotliwości od wartości znamionowej „w dół” (f<f_s). Zapewnia to utrzymanie stałego strumienia w tym zakresie regulacji. Otrzymuje się rodzinę charakterystyk o stałym momencie krytycznym M_b. Jest to tzw. pierwsza strefa regulacji (rys18) .Jedynie w zakresie małych częstotliwości należy zwiększyć napięcie, tzn. pomnożyć wartość U/f przez współczynnik k_w, który wyznacza się z wykresu . Konieczność zwiększenia tego napięcia dla małych częstotliwości wynika stąd, że reaktancja X_s maleje wraz z częstotliwością i wpływ rezystancji R₁ uwydatnia się wyraźnie w stosunku do wpływu reaktancji X_s. Utrzymanie stałego strumienia przy małych częstotliwościach wymaga więc zwiększenia napięcia zasilania.

Dla częstotliwości f>f_s wartość zasilania nie może być podwyższona, ponieważ przekroczyłaby napięcie znamionowe, na jakie producent wykonał silnik. W związku z tym napięcie dla częstotliwości f>f_s utrzymuje się stałe (U = U_sN). Jest to regulacja przy osłabieniu pola , tzw. druga strefa regulacji. Moment krytyczny M_bf wynika z zależności

M_bf = M_b / k_f²

w której M_bf – moment krytyczny silnika przy częstotliwości f > f_s, N*m; M_b – moment krytyczny silnika w zakresie częstotliwości f_s > f > 0, N*m; k_f = f/f_s.

W pierwszej i drugiej strefie regulacji poślizg krytyczny oblicza się ze wzoru

S _bf = R_r’ / k_f X_s

Przy małej prędkości kątowej wartość poślizgu krytycznego rośnie.