Выбор комплектного преобразователя и датчиков координат электропривода, выбор системы электроснабжения промышленной установки

Рисунок 3.3 – Направления преобразования энергии в тормозных режимах

В двигательном режиме электрическая энергия из сети преобразуется в механическую и передается в нагрузку, при этом часть энергии рассеивается в виде потерь. В генераторном режиме работы двигателя идет обратное преобразование: механическая энергия преобразуется в электрическую энергию, которая передается обратно в сеть. В режиме динамического торможения вся механическая энергия на валу двигателя рассеивается в виде тепла. И, наконец, в режиме торможения противовключением и механическая, и электрическая энергии преобразуются в тепловую и рассеиваются на поверхности двигателя.

Для асинхронного двигателя его режим работы определяется значениями и направлениями скоростей вращения ротора и поля статора двигателя. Так, в двигательном режиме ротор и поле статора вращаются в одну сторону, при этом скорость поля выше скорости ротора, в генераторном – скорость ротора выше скорости поля. В режиме динамического торможения поле неподвижно при вращающемся роторе. А в режиме торможения противовключением поле статора и ротор вращаются навстречу друг другу.

Большинство преобразователей частоты способны обеспечить только первый и последний из описанных выше режимов работы двигателя. Однако торможение противовключением может применяться только на очень низких скоростях вращения, при очень малых запасах кинетической энергии в рабочем органе. Это объясняется тем, что и механическая энергия рабочего органа, и электрическая энергия из сети преобразуются в тепловую энергию, которая должна быть отведена от двигателя. Следовательно, если не применять дополнительных мер, то двигатель может перегреться и выйти из строя. Поэтому в преобразователях частоты такого типа применяется торможение выбегом, т. е. при необходимости останова двигатель отключается от сети и тормозится под действием сил трения в рабочем механизме и, кроме того, в механизмах передвижения используется механический тормоз. Но в ряде случаев силы трения не так велики, и время торможения выбегом может оказаться довольно большим. Например, этот вариант абсолютно не подходит для электропривода станка, где приходится часто останавливать механизм для замены обрабатываемой заготовки. Время остановки патрона может оказаться соизмеримым со временем обработки детали, что в свою очередь приведет к снижению производительности труда. В этом случае целесообразно использование преобразователя частоты, способного обеспечивать режим динамического торможения. Неподвижное поле статора в этом режиме создается подключением его обмоток к источнику постоянного тока, поэтому этот режим часто называют режимом торможения постоянным током. Из энергетических диаграмм видно, что, в отличие от торможения противовключением, в этом режиме на двигателе рассеивается только механическая энергия рабочего органа (потерями от протекания постоянного тока в обмотках статора можно пренебречь). Очевидно, что интенсивность торможения в таком случае будет значительно выше. Но наиболее эффективный отвод механической энергии, а, следовательно, и более интенсивное торможение, может обеспечить генераторный режим работы двигателя. В этом случае большая часть механической энергии преобразуется в электрическую и передается обратно в сеть. Такое преобразование называется рекуперацией энергии. Однако следует помнить, что в большинстве современных преобразователей частоты используются неуправляемые выпрямители, которые способные преобразовывать электрическую энергию только в одном направлении. Поэтому вся электрическая энергия от двигателя будет передаваться в звено постоянного тока, но не может быть передана обратно в сеть. Следовательно, если не принять дополнительных мер, то генераторный режим работы двигателя может привести к увеличению напряжения на звене постоянного тока преобразователя и последующему выходу его из строя. Конечно, существуют преобразователи частоты, способные рекуперировать энергию. Такие преобразователи позволяют значительно снизить потери в электроприводе, работающем в режиме частых пусков и остановов. Но из-за применения управляемых ключей в выпрямителе преобразователя значительно увеличивается его стоимость. Альтернативой преобразователю частоты с рекуперацией энергии является включение в звено постоянного тока балластного сопротивления. В этом случае происходит контроль напряжения в звене постоянного тока и, в случае превышения допустимого значения этого напряжения, происходит включение решеток тормозных резисторов, на которых и рассеивается энергия торможения двигателя. Использование балластного сопротивления не позволяет повысить энергосбережение, однако значительно улучшит динамические характеристики электропривода. А в случаях работы двигателя в режиме частых пусков, остановок, реверсов, при значительных колебаниях момента нагрузки, как в случае с тяговым приводом, использование балластного сопротивления обязательно. Учитывая вышеприведенные особенности, выбираем частотный преобразователь 6SE8018-1BA00 производства компании Siemens, со следующими номинальными параметрами: