14.4. СХЕМЫ ТОРМОЖЕНИЯ

Схемы торможения менее распространены, чем схемы пуска. Действительно, если двигатель не включен, то и тормозить его незачем. Но и без специального торможения двигатель, отключенный от сети, затормозится силами трения. Кроме того, существуют механические, гидравлические и другие тормоза, которые мы здесь не рассматриваем.

Мы остановимся только на схемах электрического торможения. Они очень просты, не требуют изготовления тормозных барабанов и дисков, как в механических тормозах.

Быстро затормозить электродвигатель можно, используя схему реверсивного магнитного пускателя. Конечно, для этого ее нужно несколько переделать. Принцип торможения поясняется рис. 14.9. На рис. 14.9, а электрическая машина работает в двигательном режиме. Магнитное поле вращается с угловой скоростью , а ротор двигателя — с несколько меньшей скоростью в ту же сторону. Поменяем местами два провода, подключающих статор к сети (рис. 14.9, б). Магнитное поле изменит направление вращения. Но массивный ротор будет по инерции вращаться в ту же сторону. Раньше магнитное поле вращало ротор, теперь оно будет его интенсивно тормозить. Если не предпринять каких-либо действий, произойдет реверс двигателя, его ротор начнет вращаться в другую сторону. Поэтому необходимо тщательно следить за скоростью ротора, и в тот момент, когда торможение закончится и скорость будет близка к нулю, машину следует отключить от сети.

Такой метод торможения называют противовключением, или противотоком.

Для его осуществления нужны два контактора — рабочий и тормозной. Силовая часть схемы представлена на рис. 14.10, а. С ротором двигателя связано специальное реле SR — реле контроля скорости.

Рис. 14.9. Торможение противовключением: а — машина работает в двиг гатёльном режиме; б — магнитное поле реверсируется и тормозит ротор

Его контакты замыкаются, когда ротор двигателя разгоняется примерно до 100 об/мин.

Цепи управления (рис. 14.10, б) напоминают реверсивный магнитный пускатель. Первый контактор КМ1 используют для работы, второй КМ2 — для торможения. В цепь катушки второго контактора включены замыкающие контакты реле контроля скорости SR и размыкающие контакты контактора К М2.

На рис. 14.10, б изображена схема в исходном положении, рассмотрим теперь этапы ее работы.

1. Нажмем кнопку Пуск (рис. 14.10, в). Контактор КМ1 сработает, поставит себя на самопитание и подключит статор двигателя к сети. Одновременно с этим его вспомогательные контакты разомкнут цепь катушки контактора КМ2. Двигатель начнет разгоняться. В процессе разгона контакты реле контроля скорости замкнутся, но тормозной контактор не работает, так как цепь его катушки остается разомкнутой. Таким образом, схема подготовлена для последующего торможения.

2. Нажмем кнопку Стоп (рис. 14.10,г). Цепь катушки контактора КМ1 разомкнется. Двигатель отключится от сети. Одновременно с этим замкнутся вспомогательные контакты КМ1 в цепи катушки контактора КМ2. Поскольку ротор двигателя по инерции продолжает вращаться и контакты SR замкнуты, цепь катушки КМ2 также замкнута. Контактор КМ2 сработает и возникнет интенсивное торможение.

3. Двигатель затормозился примерно до 100 об/мин, контакты SR разомкнулись (рис. 14.10, д). Это приведет к отключению тормозного контактора КМ2. Дальнейшая остановка двигателя производится силами трения, а схема управления возвращается в исходное положение.

Рис. 14.10. Схема торможения противовключением: а — силовая схема; б — схема управления; в — пусковая кнопка нажата и отпущена, схема подготовлена к торможению; г — нажата кнопка Стоп, включен контактор торможения КМ2; д — после окончания торможения схема возвращается в исходное положение

Мы разобрали схему торможения нереверсивного электродвигателя, но противовключение возможно и для двигателя, который в процессе работы изменяет направление вращения. В этом случае схема управления несколько усложняется, но используются все равно только два контактора.

Рис. 14.11. Динамическое торможение: а — машина работает двигателем; б — неподвижное магнитное поле тормозит ротор

Если двигатель вращается Вперед, то функции тормозного контактора выполняет контактор Назад.

При реверсе назначение контакторов изменяется.

Торможение противовключением широко используется на практике. Однако у этого метода торможения есть существенные недостатки. Во-первых, при торможении в цепи статора протекает очень большой ток и выделяется большое количество тепла. Общая энергия, идущая на нагрев двигателя, примерно в 6 раз больше запаса кинетической энергии вращающихся масс. Во-вторых для торможения необходимо специальное электромеханическое реле, которое нужно пристроить к двигателю, а сделать это не всегда возможно.

Всех этих недостатков нет у динамического метода торможения. Принцип динамического торможения поясняется рис. 14.11. Слева показан двигательный режим асинхронного двигателя (рис. 14.11, а).

Для того чтобы затормозить двигатель, его статор отключают от сети переменного тока и включают на постоянное напряжение (рис. 14.11, б). Магнитное поле перестает вращаться, становится неподвижным. Однако массивный ротор двигателя по инерции продолжает вращение. Проводники ротора пересекают магнитные силовые линии неподвижного поля, в них наводится ЭДС, возникает электрический ток. В свою очередь этот ток взаимодействует с магнитным полем и сила электромеханического взаимодействия создает тормозной момент. Ротор двигателя интенсивно затормаживается.

Составим теперь схему для динамического торможения асинхронного двигателя. Прежде всего сообразим, что величина постоянного напряжения, на которое мы хотим переключить обмотку статора двигателя, должна быть значительно меньше напряжения сети. В двигательном режиме по обмотке статора протекает ток, равный

Фазное напряжение мы разделили на полное сопротивление одной фазы. Постоянный ток — это ток нулевой частоты Индуктивное сопротивление на постоянном токе равно нулю, а полное сопротивление фазы — только активному сопротивлению. Оно много меньше, чем сопротивление фазы на переменном токе. Поэтому, если мы не хотим испортить обмотку двигателя, напряжение постоянного тока необходимо значительно снизить.

Рис. 14.12. Схема динамического торможения: а — силовая схема; б — схема управления

Обычно для двигателей не слишком большой мощности это напряжение составляет 30—40 В. Таким образом, в схеме торможения должны участвовать два аппарата: трансформатор для понижения напряжения и выпрямитель. Кроме того, необходимы пусковой и тормозной контакторы. Теперь мы можем составить силовую часть схемы (рис. 14.12,а). Действие ее хорошо понятно из самого рисунка.

Цепь управления изображена на рис. 14.12, б. Поясним ее работу. Если нажать кнопку SB2 Пуск, сработает контактор КМ1, двигатель подключится к сети переменного тока. Одновременно с этим произойдет блокировка цепи тормозного контактора КМ2, исключающая его случайное срабатывание.

Для торможения двигателя необходимо нажать кнопку SB1 Стоп. Кнопка Стоп двухэлементная, она коммутирует сразу две цепи. Цепь катушки контактора КМ1 разрывается, и этот контактор отключается.

Одновременно с этим замыкается цепь контактора КМ2. Контактор ставит себя на самопитание и подключает статор двигателя на постоянное напряжение. Начинается процесс торможения. Параллельно к контактору КМ2 подключена катушка реле времени КТ, его размыкающие контакты отключают тормозной контактор, когда выдержка времени заканчивается. Эта выдержка времени (уставка реле) выбирается так, чтобы к тому времени торможение полностью закончилось.

Иногда реле времени пристраивают к тормозному контактору.

Существуют также схемы, в которых реле времени нет совсем. В этом случае тормозной контактор остается включенным до следующего пуска, а ротор двигателя все время оказывается заторможенным. Электромагнитная фиксация ротора бывает необходимой во многих производственных машинах и механизмах. В такой схеме нужно исключить контакты КМ2 из цепи катушки контактора КМ1, иначе его нельзя будет включить после первого же торможения.