Рекуперативное торможение (генераторное торможение с отдачей энергии в сеть)

Режим рекуперативного генераторного торможения имеет место, когда скорость двигателя превышает скорость холостого хода ω>ω₀ . При этом э.д.с. якоря Ея превышает величи­ну напряжения питания якорной цепи Е_я=кФн·ω>U_я= кФн·ω₀ и ток в якорной цепи пойдет под действием э.д.с. якоря Е_я;

 

знак тока будет противопо­ложен знаку напряжения питания, что означает, что энергия тор­можения отдается в сеть питания постоянного тока. Отсюда сле­дуют три условия существования режима рекуперативного тор­можения.

1. Цепь питания должна обеспечивать возможность протека­ния тока встречно напряжению источника питания; это условие особенно важно в случае питания двигателя постоянного тока от полупроводниковых преобразователей, элементы которых обла­дают односторонней проводимостью тока.

2. Источник питания должен обладать возможностью вос­принимать отдаваемую двигателем энергию и передавать ее в питающую сеть; так режим рекуперативного торможения невоз­можен, если привод получает питание от автономной дизель-генераторной установки.

3. Для того чтобы рекуперативное торможение было воз­можно в пределах заданного диапазона регулирования скорости, регулирование должно производиться путем изменения напряже­ния, подводимого к якорной цепи двигателя. В режиме рекуперативного торможения уравнения характеристик, учитывая, что Iя и момент М будут отрицательны. Если обозначить тормозной момент через Мт=-М, то уравнение механической характеристики при ω>ω₀ будут иметь вид:

 

 

Первый член в правой части уравнения показывает, что механическая характеристика двигателя в режиме рекуперативного торможения проходит через точку, соответствующую угловой скорости идеального холостого хода, как и в двигательном режиме. Наклон механической характеристики определяется сомножителем

,

 

который по абсолютному значению (при заданном сопротивлении R) остаётся неизменным. Следовательно, наклон механической характеристики в тормозном режиме будет таким же как и в двигательном. Поэтому графически механические характеристики двигателя в режиме торможения с отдачей энергии в сеть являются продолжением характеристик двигательного режима в область второго квадранта.

 

 

Рисунок 3.29 - Механические характеристики при рекуперативном торможении

 

Пример: спуск лёгкого груза (силовой спуск). Двигатель включён на спуск, момент, развиваемый двигателем и грузом направлены согласно, т.е. двигатель дополнительно увеличивает свою скорость.

Чем больше сопротивление якорной цепи двигателя, тем выше его угловая скорость в генераторном режиме работы параллельно с сетью при том же тормозном моменте.

Этот способ торможения возможен при некоторых способах регулирования скорости, когда двигатель переходя к низким скоростям, проходит значение ω>ω₀. (регулирование напряжением и регулированием потока).

Режим рекуперативного торможения возможен только в реверсивном управляемом преобразователе при соблюдении трёх условий:

1. В цепи выпрямленного тока должен быть источник э.д.с, величина которой превосходит среднее значение выпрямленной противо э.д.с. инвертора; в схемах тиристорного привода посто­янного тока - э.д.с. якоря двигателя должна быть больше Ed инвертора Ея >Еd.

2. Источник э.д.с. (якорь двигателя) должен быть так под­ключен к преобразователю, чтобы было возможно протекание тока под действием э.д.с. якоря.

3. Угол управления тиристорами должен быть больше π/2 (α > π/2)

 

Рисунок 3.30 - Механические характеристики при рекуперативном торможении в системе ИТ-Д

 

При соблюдении этих условий двигатель постоянного тока будет работать в генераторном режиме, вырабатывая энергию постоянного тока, которая преобразуется тиристорным преобра­зователем в энергию переменного тока и отдается в питающую сеть. Например, переход на меньшую скорость. Если оператор уменьшает скорость, уменьшается напряжение на якоре с U₁ до U_2. Скорость двигателя из-за механической инерционности мгновенно

измениться не может, и двигатель переходит на работу в точку 2. При этом на валу двигателя возникает тормозной момент. Скорость двигателя быстро снижается до скорости ω₀₂ точка 3 и далее под действием статического момента до скорости в точке 4, где М=Мс.

В схемах с ШИП и нерегулируемым источником постоянного тока режим торможения с отдачей энергии в сеть невозможен.

Основными достоинствами рекуперативного торможения яв­ляются: энергетическая эффективность, связанная с полезным использованием энергии торможения; высокая жесткость меха­нических характеристик; плавный переход из двигательного в тормозной режим на одной и той же характеристике.

Баланс мощности для рекуперетивного торможения

-возвращается в сеть.