Электродвигатели с тормозом

Электродвигатели с тормозом

Подписка на рассылку

• ВКонтакте
• Facebook
• ok
• Twitter
• YouTube
• Instagram
• Яндекс.Дзен
• TikTok

Одним из важных конструктивных элементов электродвигателя является тормоз. Он позволяет обеспечить максимально быструю остановку электродвигателя, что необходимо при многих технологических процессах.

Электродвигатели с тормозом устанавливаются на деревообрабатывающих и металлорежущих станках, талях и крановых установках, на упаковочных линиях, эскалаторах, лифтах и на других механизмах, требующих практически мгновенного останова за регламентированное время.

Электродвигатели с тормозом бывают общего назначения. В маркировке таких двигателей после числа, обозначающего количество полюсов, ставится буква «Е», Некоторые агрегаты могут быть укомплектованы тормозом с ручным растормаживанием. В маркировке такой конструктивный элемент обозначается буквенно-числовым индексом «Е2».

Задачи, выполняемые электромагнитным тормозом

Электродвигатели с электромагнитным тормозом устанавливаются на самом разном оборудовании. Тормоз призван выполнять следующие задачи:

• остановка приводимых в движение исполнительных механизмов при их позиционировании;
• аварийная остановка в случае угрозы выхода из строя привода;
• аварийная остановка для обеспечения безопасного использования привода;
• блокировка механизмов при отключении питания;
• сокращение времени выбега привода при циклической работе.

Наиболее распространенной задачей является остановка привода на требуемое время или в определенном положении, в соответствии с технологическим процессом.

В зависимости от типа напряжения, подаваемого на катушки электромагнитов, тормоза бывают постоянного или переменного тока. Питание тормоза может быть общим или независимым, в последнем случае в маркировке рядом с буквой «Е» указывается буква «Н».

Особенности конструкции электромагнитного тормоза и принцип действия

Электродвигатели с встроенным тормозом, вне зависимости от типа напряжения имеют одинаковую конструкцию. Конструктивно тормоз состоит из трех основных элементов:

• электромагнит, представляющий собой стальной корпус, в котором размещена одна или несколько катушек;
• якорь с антифрикционной поверхностью, с которой контактирует тормозной диск. Он выполняет функцию исполнительного элемента электромагнитного тормоза;
• тормозной диск, являющийся рабочей частью тормоза и оснащенный безасбестовыми фрикционными накладками и. Он перемещается по зубчатой втулке, которая крепится на заторможенном приводе или валу двигателя.

Принцип действия

В выключенном или остановленном состоянии электродвигатель всегда является заторможенным. Это обеспечивается нажимом тарельчатых пружин на якорь, который воздействует непосредственно на тормозной диск. При этом создается рассчитанный тормозной момент, определяемый, обычно, силой прижатия накладок и их площадью. В результате вал двигателя останавливается.

В момент подачи тока на катушку электромагнита, она генерирует магнитное поле, притягивающее к себе якорь. Он, в свою очередь, отпускает тормозной диск, и вал электродвигателя начинает вращаться. Если с задачей динамического торможения лучше всего справляются сложные электронные устройства, то для работы двигателя в режиме частых пусков остановов лучше всего использовать электромеханические тормозные устройства с ручным растормаживанием.

На что обратить внимание при выборе электромагнитного тормоза

Двигатели могут комплектоваться различными по характеристикам электромагнитными тормозами. Если есть возможность выбрать параметры, то в первую очередь стоит обратить внимание на статический и динамический тормозной момент, а также на время срабатывания. Последний из этих параметров наиболее важен в момент аварийного срабатывания или для расчета тормозного пути. Также стоит поинтересоваться ресурсом тормозных накладок, особенно в том случае, если пуск и останов двигателя происходит регулярно.

Торможение асинхронного двигателя

При использовании асинхронного двигателя, в качестве составной части какого-либо электропривода, часто возникает потребность в искусственной остановке двигателя. В настоящее время существует множество различных способов торможения асинхронного двигателя, вот некоторые из них.

Динамическое (электродинамическое) торможение

Если отключить двигатель от сети переменного тока и подключить его к источнику постоянного тока, то произойдет динамическое торможение. Обмотка статора, при протекании постоянного тока, создаст неподвижное магнитное поле. При вращении в таком поле, в роторе будет наводиться ЭДС, под действием которой будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с неподвижным полем статора и создавать тормозной момент, который будет направлен против направления вращения ротора. В итоге двигатель будет постепенно останавливаться, причем скорость его остановки будет зависеть от силы постоянного тока, протекающего по статору, ну и конечно же от запасенной кинетической энергии электропривода. Эта энергия, преобразовываясь в электрическую, рассеивается в виде тепла на роторе.

В двигателе с фазным ротором , величину тормозного момента, а следовательно, скорость торможения, можно изменять, изменяя величину добавочных сопротивлений в цепи ротора.

Рекуперативное (генераторное) торможение

Рекуперативное торможение применяется в основном в качестве подтормаживания перед основным торможением, либо при спуске груза, например в лифтах.

Чтобы наступило рекуперативное торможение, нужно чтобы частота вращения ротора превысила синхронную частоту вращения. В таком случае двигатель начнет отдавать энергию в сеть, то есть станет асинхронным генератором. При этом электромагнитный момент двигателя становится отрицательным, и оказывает тормозной эффект.

Добиться генераторного торможения можно несколькими способами. Например, в двухскоростных двигателях, при переключении с большей скорости на меньшую. При этом ротор вращается по инерции с частотой, выше, чем новая синхронная частота. Возникнет тормозной момент, который уменьшит скорость до новой номинальной.

Допустим, что в начальный момент времени наш двигатель работал на характеристике 1 в точке A, после переключения скорости на более низкую, он перешел на характеристику 2 в точку B, а затем под действием тормозного момента достиг точки С, с меньшей частотой оборотов.

Генераторное торможение можно осуществить, если уменьшать частоту питания двигателя. Это возможно, если двигатель питается от тиристорного преобразователя частоты. При уменьшении частоты напряжения, уменьшается синхронная частота вращения. Частота вращения ротора, который вращается по инерции, снова окажется выше, возникнет тормозной момент, который будет снижать частоту вращения ротора. Таким образом, двигатель можно довести до полной остановки.

Торможение противовключением

Торможение противовключением применяется для быстрой остановки двигателя. Оно может быть осуществлено несколькими способами. В первом способе, в работающем двигателе, меняют две фазы местами, с помощью выключения контактора K1 и включения K2. При этом направление вращения магнитного поля статора меняется на противоположное. Возникает большой тормозной момент, и двигатель быстро останавливается. Но для того чтобы ограничить большие токи в момент увеличения тормозного момента, необходимо вводить в обмотку статора или ротора дополнительное сопротивление.

Во втором способе двигатель используют как тормоз для груза. То есть, если груз спускается вниз, то двигатель должен работать, наоборот, на подъем. Для этого в цепь ротора двигателя вводится большое добавочное сопротивление. Но его пусковой момент оказывается меньше чем момент нагрузки, и двигатель работает при некоторой небольшой скорости, тем самым обеспечивая плавный спуск.

По сути, торможение противовключением осуществляется по схеме реверса двигателя.

Торможение при самовозбуждении

Если питание двигателя отключить, то его магнитное поле затухнет только через небольшой промежуток времени. Если в этот момент подключить к статорной обмотке двигателя батарею конденсаторов, то энергия магнитного поля будет переходит сначала в заряд конденсаторов, а затем снова возвращаться в обмотку статора. При этом возникнет тормозной момент, который остановит двигатель. Такое торможение часто называют конденсаторным.

Величина тормозного момента будет зависеть от емкости конденсаторов, чем больше емкость, тем больше момент

Конденсаторы могут быть включены постоянно, а могут отключаться во время работы двигателя с помощью контактора.

Можно обойтись и без конденсаторов, просто замкнув с помощью ключей SA, обмотку статора по схеме “звезда”, предварительно отключив ее от сети с помощью контактора K. Тогда торможение произойдет значительно быстрее, за счет остаточного магнетизма двигателя. Такое торможение еще называется магнитным торможением.

Режимы работы асинхронных машин

Во всех режимах работы асинхронный машин всегда присутствует вращающееся магнитное поле статора. Оно создаётся тремя обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на 120 градусов, скорость этого вращения равна:

Формула скорости вращения магнитного поля статора

n1 – Скорость вращения магнитного поля статора;

f – Частота питающей сети (50Гц);

p – Количество пар полюсов (max 12 min 2);

Из формулы понятно, что скорость вращения магнитного поля статора асинхронной машины зависит от: частоты питающей сети, на территории стран СНГ она постоянна и равняется 50Гц, от количества пар полюсов в статоре асинхронной машины. Скорость вращения ротора синхронной машины напрямую зависит от скорости вращения магнитного поля статора.

Так же известно, что в их конструкции присутствует ротор, вращающаяся часть, которая может вращаться с различными скоростями. В целом можно сказать, что в асинхронных машинах скорость вращения изменяется только у ротора. Многочисленные наблюдения показали, что в зависимости от частоты вращения ротора асинхронной машины, с ней происходят различные явления. Для упрощения понимания этого вопроса, был введен параметр скольжение S – разность скоростей вращения магнитного поля статора, от скорости вращения ротора:

Скольжение

Эти скорости обозначают буквенно: n – скорость вращения ротора; n1 – скорость вращения магнитного поля.

Режим работы асинхронной машины зависит именно от этого значения разности скоростей вращения магнитного поля статора и скорости вращения ротора.

Различают следующие режимы работы асинхронных машин:

• Режим двигателя;
• Режим генератора;
• Режим электромагнитного тормоза;
• Режим динамического торможения;

Режим двигателя

Асинхронные двигатели стали очень популярна и наиболее часто применяемая в электроприводах. Режим электродвигателя применяется для приведения во вращение различные устройства, механизмы, насосы, лебедки, редуктора и т.д. путем преобразования электрической энергии в механическую. Как уже многим известно, что её принцип действия объясняется взаимодействием двух магнитных полей статора и ротора. Магнитное поле статора создается системой трехфазных обмоток и магнитопровода, расположенных непосредственно на статоре (корпусе асинхронной машины). Это поля является вращающимся, так как в трех фазной цепи, ток протекает из фазы А в фазу В, из фазы В в фазу С, а из фазы С обратно в фазу А. Обмотки каждой фазы располагают на статоре так, что бы равномерно заполнить всю окружность, т.е. окружность занимает 360 градусов, имея три обмотки, делим 360/3 получаем 120 градусов на каждую обмотку.

обмотки статора

Это вращающееся магнитное поле пронизывая ротор, индуцирует в нем ЭДС, так как ротор короткозамкнутый, то по нему протекает ток. Протекание тока вызывает образование у ротора собственного магнитного поля. Поле статора, которое вращается с скоростью n1 взаимодействует с полем ротора, которое является неподвижным, и старается остановить, затормозить поле статора. Так как ротор закреплен на подшипниках, он способен свободно вращаться вокруг своей оси. Получается, что магнитное поля статора притягивает поле ротора, увлекает его за собой с определенной силой, в результате чего и сам ротор начинает вращаться.

Особенностью этого режима является то, что скорость вращения магнитного поля статора и скорость вращения ротора не должны быть равными, тем более, скорость ротора всегда меньше. Если же каким-либо образом их скорости будут равными, то исходя из явления электромагнитной индукции, обязательна разность магнитного потока, пересекающего тот или иной контур, что и обеспечивается отставанием ротора от магнитного поля статора. Если же все-таки их скорости сравняются, по короткозамкнутой обмотке ротора перестанет протекать электрический ток, исчернит его магнитное поле и ротор не будит увлекаться полем статора. Скольжение в режиме электродвигателя должно быть положительным числом и не равным нулю.

Стоит добавить, что режим двигателя у асинхронных машин является самым часто используемым.

Режим генератора

Режим генератора у асинхронных машин является полной противоположностью режиму двигателя. Самым главным отличием является то, что при режиме двигателя, асинхронная машина потребляет из сети электрическую энергию. А в режиме генератора наоборот отдает в сеть выработанную электрическую энергию.

Режим генератора возможен только тогда, когда скорость вращения ротора n будет выше скорости вращающегося магнитного поля статора. В этом случаи скольжение S будит отрицательным. Для этого необходимо ускорить ротор синхронной машины, то есть посадить на вал ротора, какой-либо механизм (турбина, редуктор, другой двигатель).

режим генератора

Допустим ротор мы разогнали до 3500 оборотов в минуту, а скорость магнитного поля статора 3000 оборотов в минуту, определим скольжение:

Режим генератора у асинхронных машин не является часто используемым, и может применяться в узких специализированных областях, в маломощных электростанциях.

Стоит отметить, что при таком режиме работы, отдаваемая в сеть электроэнергия совпадает по частоте с частотой самой сети. Так как она зависит только от частоты вращения магнитного поля статора, которая как мы знаем не изменяется.

В использовании таких генераторов есть огромный плюс, в его устройстве отсутствуют скользящие контакты, вращающиеся обмотки, это обеспечивает надежную и долговременную эксплуатацию. Так же эти генераторы мало восприимчивы к коротким замыканиям в сети. Еще не маловажным условием работы является, наличие остаточной намагниченности ротора, которое усиливается конденсаторными установками, включенными в цепи статорных обмоток.

Режим электромагнитного торможения

Режим электромагнитного торможения является еще более специфичными специализированным. Вся суть этого режима в том, что если вращение ротора асинхронной машины не совпадает с направлением вращения магнитного поля статора, то ротор будит затормаживаться под действием этого магнитного поля статора. Такой режим возможен только при реверсивном подключении асинхронной машины, так как путем переключения двух фаз достигается изменение направления вращения магнитного поля статора, и используется в различных грузоподъемных и транспортировочных устройствах. Этот режим часто называют режимом торможения противотоком или противовключением. При таком режиме, если нам необходимо остановить двигатель, при полной остановке, статор необходимо отключить от сети, так как вал начнет вращаться в обратном направлении.

Режим динамического торможения

В таком режиме, асинхронная машина отключается от трех фазной сети, и на обмотки статора подается постоянный ток. Таким образом на статоре образуется постоянное магнитное поле (постоянный магнит), которое тормозит ротор двигателя.

Все выше представленные режимы работы асинхронных машин, кроме режима двигателя, являются специализированными, и используются только в определенных установках, устройствах, станках и т.д.

Трехфазные асинхронные двигатели INNOVARI с тормозом

Трехфазные асинхронные электродвигатели INNOVARI MB – серия асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором со встроенным устройством торможения вала двигателя.

Электродвигатели предназначены для питания от трехфазной сети напряжения 230/400 В, 50 Гц, продолжительного (S1) и повторно-кратковременного (S4) режима работы при классе нагревостойкости изоляции F (фактическая температура до 155°С).

Конструктивно электродвигатели выполнены в вариантах фланцевого присоединения типов В5 и В14. Для последнего варианта предусматривается 8 крепежных отверстий, чтобы исключить присоединение к редуктору с углом поворота. Опционально возможно исполнение В3 с креплением на лапах. Обмотка статора двигателей 4-х полюсная, с синхронной скоростью, соответственно, 1500 об/мин.

Модельный ряд трехфазных асинхронных двигателей INNOVARI с тормозом

Основные модели и электромеханические характеристики трехфазных асинхронных двигателей серии INNOVARI со встроенным тормозом:

• n — номинальная скорость двигателя при питании от промышленной сети;
• Р – номинальная механическая мощность на валу двигателя;
• Мт – тормозной момент на валу двигателя;
• In- номинальный ток статора при номинальном моменте;

Технические характеристики асинхронных двигателей INNOVARI с тормозом

• Напряжение питания 230/400 В, частота 50 Гц
• Класс изоляции F (155ºС)
• Режим работы S1 (продолжительный), S4 (повторно-кратковременный ПВ 40%)
• Класс защиты IP55 (пылевлагозащищённый)
• Исполнение фланца B5/B14 (для версии B14 – 8 отверстий)
• Напряжение питания тормоза 230/400 В, минимальное напряжение отключения 180В

Габаритные размеры

• Электродвигатели с фланцевыми креплениями
• Электродвигатели с креплением на лапах

Сопутствующие товары к асинхронным двигателям

Применение трехфазных асинхронных двигателей INNOVARI с тормозом

В основном трехфазные асинхронные электродвигатели INNOVARI с тормозом предназначены для применения в промышленных электрических приводах малой и средней мощности.

Спектр применения: устройства промышленной автоматики, манипуляторы, транспортировочные устройства и конвейеры, лифты, краны, тельферы и подъёмники, – везде, где необходим быстрый останов или удержание вала двигателя в неподвижном состоянии при приложении внешних сил. Преимущества применения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором INNOVARI с тормозом:

• высокое качество изготовления и надежность в эксплуатации;
• удобное присоединение к редуктору и электрический монтаж;
• возможность работы от преобразователя частоты.

Принцип работы трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и со встроенным тормозом

В магнитную систему трехфазного асинхронного электродвигателя входят сердечники статора и ротора, выполняемые из листов электротехнической стали. Сердечник статора фиксируется в станине двигателя, которая неподвижно закрепляется на фундаменте. Сердечник ротора насаживается на вал двигателя, концы которого опираются на подшипники, расположенные в станине. В пазах статора размещается трехфазная многополюсная обмотка, питаемая от трехфазного источника напряжения. В пазах ротора располагается короткозамкнутая обмотка типа беличьей клетки. Между статором и ротором имеется небольшой воздушный зазор.

Трехфазная обмотка статора создает в воздушном зазоре вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого принято называть синхронной. Вращающийся магнитный поток, пересекая витки обмотки ротора, индуцирует в ней электродвижущую силу и электрический ток, частота и величина которого зависит от разности скоростей – синхронной и механической скорости вращения ротора. В результате взаимодействия тока ротора с магнитным потоком в зазоре между ротором и статором, возникает электромагнитный момент, заставляющий ротор вращаться и приводить в движение нагрузку двигателя – трансмиссию и рабочий механизм. При этом скорость вращения ротора всегда остается меньше синхронной, поскольку при достижении ротором синхронной скорости в его обмотке прекращается индуцирование ЭДС и прекращается протекание тока. Исчезает электромагнитный вращающий момент.

Питание тормоза может осуществляться междуфазным напряжением непосредственно с присоединительных клемм двигателя, либо от внешнего источника через коммутирующее устройство. В случае работы двигателя от преобразователя частоты последнее обязательно.