Торможение противовключением. Режим противовключения имеет место в том случае, когда ротор включенного в сеть элек­тродвигателя по инерции или под действием момента сопротив­ления вращается в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля статора. При этом электродвигатель развивает значительный тормозной момент и происходит весь­ма интенсивное торможение.

Данный способ торможения применяется как для ускорения остановки механизма, так и для получения устойчивых скоро­стей при спуске грузов (в подъемных устройствах). Если, например, требуется быстро остановить электродвигатель, то можно на ходу произвести переключение его статорной обмотки (поменять местами две фазы). При этом магнитное поле ста­тора начнет вращаться в сторону, противоположную направле­нию вращения ротора, который будет интенсивно затормажи­ваться. При снижении скорости ротора до нули статорную об­мотку необходимо от сети отключить, иначе ротор начнет вра­щаться в противоположную сторону.

Допустим, асинхронная машина работает в двигательном ре­жиме на естественной характеристике а в точке 1 при М₁=М_с (рис. 51,а). Чтобы перевести электродвигатель в режим противовключения, в его роторную цепь вводится добавочное сопротивление R_п и изменяется направление вращения магнит­ного поля путем переключения статорной обмотки. Очевидно, что при этом электродвигатель должен перейти на работу по искусственной характеристике b, уравнение которой будет иметь вид

Переход электродвигателя на работу с естественной харак­теристики (точка 1) на искусственную (точка 2) происходит по прямой, параллельной оси абсцисс. Однако в точке 2 электродвигатель устойчиво работать не может, так как развивае­мый им момент М₂ ни по абсолютной величине, ни по знаку не совпадает с моментом сопротивления М_с. Поэтому скорость электродвигателя начинает резко уменьшаться и в точке 3 ста­новится равной 0. В этот момент обмотку статора необходимо отключить от сети, иначе ротор начнет вращаться в противопо­ложную сторону. При использовании режима противовключения для ускорения реверса электродвигателя обмотку статора от сети отключать не следует.

Необходимо иметь в виду, что дополнительное сопротивление R_п вводится в цепь ротора с тем, чтобы избежать слишком большого толчка тока в сети. Возможность подключения дополнительных сопротивлений в цепь ротора имеется лишь у электродвигателей с контактными кольцами. У электродвигате­лей же с короткозамкнутым ротором такой возможности нет и для ограничения тока при их торможении иногда дополнитель­ное сопротивление включает в цепь статора, хотя это приводит к существенному снижению тормозного момента.

Режим противовключения дает неплохие результаты, если требуется производить спуск грузов с заданными скоростями. Пусть электродвигатель работает на подъем груза на естественной характеристике а в точке 1 (рис. 51,б), развивая мо­мент М₁ = M_с. Когда груз будет поднят на заданную высоту и его необходимо спустить, в цепь ротора можно включить допол­нительное сопротивление R_п и электродвигатель перейдет на работу по искусственной характеристике b, уравнение которой

При введении достаточного дополнительного сопротивления ис­кусственная характеристика b будет проходить левее точки 1’ (М₁ =M_с). В этом случае электродвигатель устойчиво будет ра­ботать в точке 4, а груз опускаться со скоростью — n₄, которую можно регулировать, вводя различные сопротивления в ротор­ную цепь. Чем больше величина сопротивления, введенного в цепь ротора, тем выше установившаяся скорость спуска.

Уменьшая сопротивление роторной цепи, можно соответст­венно уменьшить скорость спуска до нуля, а затем сделать ее отрицательной, т. е. заставить груз подниматься. Последнее воз­можно в том случае, если вращающий момент машины окажет­ся больше, чем момент, создаваемый грузом на ее валу.

Режим противовключения является простым и достаточно на­дежным тормозным режимом, но отличается неэкономичностью из-за больших потерь энергии и в дополнительных сопротивлени­ях. Наилучшие результаты он дает у электродвигателей с кон­тактными кольцами, где имеется возможность произвольно ме­нять активное сопротивление роторной цепи.

Генераторный режим с отдачей энергии в сеть. Ротор асин­хронного электродвигателя под влиянием внешних сил (напри­мер, опускающегося груза) может превысить синхронную ско­рость и вращать в направлении вращения магнитного поля статора со скоростью п₂>п₁. В этом случае скольжение s<0.

Соответственно меняют свой знак э. д. с. и ток в роторе, а так­же вращающий момент, развиваемый электродвигателем.

Таким образом, при определенных условиях асинхронный электродвигатель без всяких переключений может переходить из двигательного режима в генераторный, возвращая некоторую часть электроэнергии в сеть.

Торможение с отдачей энергии в сеть чаще всего применяет­ся для ограничения скорости спуска груза у портальных кранов с большой высотой подъема, где этот способ торможения поз­воляет получить существенную экономию энергии.

Уравнение механических характеристик для генераторного режима следующее

Оно показывает, что характеристики электродвигателя являются прямым продолжением характеристики двигательного режима и располагаются во II квадранте (рис. 52).

Кроме того, уравнение (101) показывает, что скорость спус­ка груза можно регулировать, вводя различные активные со­противления в цепь ротора. Недостатком данного способа тор­можения следует считать повышенную скорость спуска груза. Даже при работе на естественной характеристике минимальная скорость спуска груза при данном способе торможения всегда превосходит наибольшую скорость его подъема примерно на 10—12%. При введении же дополнительных сопротивлений в цепь ротора скорость спуска груза значительно увеличивается (в некоторых случаях до двойной синхронной). Очевидно, что чем выше скорость электродвигателя в генераторном режиме, тем больше электроэнергии возвращается в сеть. Расчеты показыва­ют, что таким путем можно возвращать в сеть более 30% энер­гии, затраченной на подъем груза. Особенно большую экономию энергии данный способ дает при погрузке судов, когда высота спуска груза значительно больше, чем высота его подъема.

Режим динамического торможения. В последние годы в ста­ночных и некоторых крановых схемах широкое применение по­лучил режим динамического торможения асинхронных электро­двигателей при питании обмотки статора постоянным током.

Обмотка статора работающего электродвигателя отключается от сети трехфазного тока и подключается к источнику постоян­ного тока (рис. 53), в качестве которого может использоваться селеновый или купроксный выпрямитель, монтируемый непо­средственно у электродвигателя. При этом магнитное поле ма­шины будет неподвижным, в обмотке ротора при его вращении будет наводиться э. д. с. и появится ток, т. е. электродвигатель превратится в генератор, создающий тормозной момент. Таким образом, данный способ аналогичен торможению электродвига­телей постоянного тока замыканием на сопротивление при независимом возбуждении. Ротор электродвигателя, работающего в этом режиме, может вращаться по инерции или под действием момента внешних сил. Передаваемая при этом электродвигате­лю механическая энергия преобразуется в его роторе в электри­ческую, а последняя в тепловую.

Характеристики режима динамического торможения прохо­дят через начало координат и до некоторого предела их можно считать прямолинейными (см. рис. 53). Жесткость характери­стик определяется величиной активного сопротивления ротор­ной цепи. Чем выше величина сопротивления, тем мягче харак­теристика электродвигателя в этом режиме. Регулируя сопро­тивление, можно изменить число оборотов электродвигателя и тем самым регулировать, например, скорость спуска груза.

Торможение при однофазном включении. Иногда в крановых схемах на время спуска груза обмотка статора подключается только к двум фазам трехфазной сети. При этом вместо вра­щающего будет образовываться пульсирующее магнитное поле статора. Когда ротор под действием внешних сил будет вра­щаться в этом магнитном поле, то согласно закону Ленца в его обмотке будет индуктироваться ток, создающий тормозной момент. Путем соответствующего подбора сопротивлений, вклю­чаемых в роторную цепь, можно получать различные тор­мозные характеристики, позволяющие опускать груз со скоро­стями как ниже, так и выше синхронной. Скорость спуска при одном и том же тормозном моменте будет тем больше, чем большее сопротивление введено в цепь ротора.

Изменение направления вращения. Как указывалось, для изменения направления вращения асинхронного электродвигате­ля необходимо изменить направление вращения магнитного по­ля статора. Для этого достаточно поменять местами любые два провода, подводящие ток к зажимам статора. Такое переключение статорной обмотки можно осущест­вить посредством двухпо­люсного переключателя или двух-, трехполюсных контакторов (рис. 54).

Нужно помнить, что из­менению направления вра­щения на ходу предшествует торможение противовключением, которое для электро­двигателей с фазным рото­ном недопустимо без пред­варительного введения со­противления в цепь ротора.