В каких тормозных режимах может работать асинхронный двигатель, как эти режи­мы могут быть получены и каковы механические характеристики двигателя в этих режимах?

Торможение АД можно осуществить при питании его от сети переменного тока путем подключения цепи статора к источнику по­стоянного тока (динамическое торможение), а также при его само­возбуждении.

Торможение противовключениемосуществляется двумя путями. Один из них связан с изменением чередования на статоре двух фаз питающего АД напряжения. Допустим, например, что АД работает по механической характеристике 1 в точке а (рис. 5.36, а) при чередовании на статоре фаз напряжения сети ABC. Тогда при переключении двух фаз (например, В и С) АД переходит на работу по характеристике 3 в точке d, участок db которой соответствует торможению противовключением. Отметим, что при реализации торможения для ограничения тока и момента АД производится включение добавочных резисторов в цепь ротора или статора.

Другой путь перевода АД в режим торможения противовключением может быть использован при активном характере момента нагрузки М_к. Допустим, что требуется осуществить спуск груза, обеспечивая его торможение с помощью АД (так называемый тормозной спуск груза). Для этого АД включается на подъем с большим добавочным сопротивлением R_2Д в цепи ротора (кривая 2). Вследствие превышения моментом нагрузки М_С пускового момента двигателя М_П и его активного характера груз начнет опускаться с уста­новившейся скоростью. АД при этом будет работать в режи­ме торможения противовключением.

Рекуперативное торможение осуществляется в том случае, когда скорость АД превышает синхронную ω_о и он работает в генератор­ном режиме параллельно с сетью. Такой режим возникает, например, при переходе двухскоростного АД с высокий скорости на низкую, как это показано на рис. 5.36, б. Предположим, что в исходном поло­жении АД работал по характеристике 1 в точке а, вращаясь со скоро­стью ω_УСТ1.При увеличении числа пар полюсов АД переходит на ра­боту по характеристике 2 в точке b, участок bc которой соответству­ет торможению с рекуперацией (отдачей) энергии в сеть.

Этот же вид торможения может быть реализован в системе «пре­образователь частоты - двигатель» при останове АД или его пере­ходе с характеристики на характеристику. Для этого осуществляет­ся уменьшение частоты выходного напряжения ПЧ, а значит, и син­хронной скорости. В силу механической инерции текущая ско­рость АД со будет изменяться медленнее, чем скорость вращения магнитного поля, т. е. будет постоянно ее превышать. За счет это­го и возникает режим торможения с отдачей энергии в сеть. Отме­тим, что ПЧ должен быть способен при этом передать энергию от двигателя в сеть.

Рекуперативное торможение также может быть реализовано в ЭП грузоподъемных механизмов при спуске грузов. Для этого АД включается в направлении спуска груза (характеристика 3 на рис. 5.36, а). После окончания разбега он будет работать в точке с со скоростью -ω_уст2. При этом осуществляется процесс спуска груза с отдачей энергии в сеть.

Рекуперативное торможение является наиболее экономичным видом торможения АД.

Для динамического торможения обмотку статора АД отключа­ют от сети переменного тока и подключают к источнику постоян­ного тока, как это показано на рис. 5.37. Обмотка ротора АД 1 при этом может быть закорочена или в ее цепь включаются добавочные резисторы 3 с сопротивлением R_2Д.

Постоянный ток /_п, значение которого может регулироваться ре­зистором 2, протекает по обмоткам статора и создает неподвижное в пространстве магнитное поле (возбуждает АД). При вращении ро­тора в нем наводится ЭДС, под действием которой в обмотке проте­кает ток, создающий магнитный поток, также неподвижный в прост­ранстве. Взаимодействие тока ротора с результирующим магнитным полем АД создает тормозной момент, за счет которого достигается эффект торможения. Двигатель в этом случае работает в режиме ге­нератора независимо от сети переменного тока, преобразовывая кинетическую энергию движущихся частей ЭП и рабочей машины в электрическую, которая рассеивается в виде тепла в цепи ротора.

Электромеханичес­кую I₂'(s) (кривая 7) и механические M(s) кривые 4... 6 характерис­тики АД.

Характеристика I'_R(s) расположена на рисунке в первом квадранте, где s = ω/ω₀ - скольжение АД в режиме динамического тормо­жения. Механические характеристики АД расположены во втором квадранте.

Различные искусственные механические характеристики АД в режиме динамического торможения можно получить, изменяя со­противление R_2Д добавочных резисторов 3 в цепи ротора или постоянный ток /_п, подаваемый в обмотки статора. На рисунке пока­заны механические характеристики АД для различных сочетаний /_п и R_2д. Характеристика 6 соответствует току /_п1 и сопротивлению ре­зистора R_2Д1 максимальный момент на ней равен М_м1, а скольжение, ему соответствующее, - s_М1. Увеличение сопротивления резисторов 3 R_2Д2 > R_2Д1 при /_п = const не приводит к изменению максималь­ного момента, в то время как максимальное скольжение s_m при этом пропорционально возрастает, что видно из характеристики 4.

Торможение при самовозбуждении основано на том, что после отключения АД от сети его электромагнитное поле затухает (исчезает не мгновенно) в течение некоторого, пусть и небольшого интервала времени. За счет энергии этого затухающего поля и ис­пользования специальных схем включения АД можно обеспечить его самовозбуждение и реализовать тормозной режим. На практи­ке применение нашли так называемые конденсаторное и магнит­ное торможение АД.

При конденсаторном торможении, схема которого приведена на рис. 5.38, а, возбуждение АД 1 осуществляется с помощью конден­саторов 2, подключаемых к статору. Определяющим фактором, от которого зависят вид и расположе­ние характеристик АД 1 ...3 (см. рис. 5.38, б), а значит, интенсивность торможения, является емкость конденсаторов С (кривые 1...3 соот­ветствуют значениям С₁< С₂< С₃). Чем она больше, тем больше бу­дет максимум тормозного момента, а характеристики будут смещать­ся в область низких скоростей АД.

Магнитное торможение реализуется после отключения статора двигателя от сети и замыкания с помощью контактов его выводов накоротко. За счет запасенной в двигателе электромагнитной энергии проис­ходит самовозбуждение двигателя и на его валу создается тормозной момент. Особенностью такого торможения является быстротеч­ность, определяемая небольшим временем затухания магнитного поля двигателя, однако возникающие тормозные моменты до­статочно велики и обеспечивают интенсивное торможение ЭП.

Практические возможности торможения АД существенно рас­ширило использование тиристорных регуляторов напряжения, ко­торые позволяют осуществлять как пуск двигателя, так и его тор­можение. Для обеспечения интенсивного торможения двигателя часто используется комбинированный способ, например динамичес­кое торможение в сочетании с торможением коротким замыкани­ем. Этот способ может быть реализован тиристорным устройством.

Приборы контроля электрических параметров и место установки их на подстанциях.

Вцелях обеспечения надежной и эконо­мичной работы электрические станции и под­станции оборудуют электрическими измери­тельными приборами, приборами для измере­ния температуры и т. д.

Измерительные приборы располагают на главных и местных щитах управления и в некоторых случаях в пределах закрытых распределительных устройств.

Для удешевления установки и облегчения работы обслуживающего персонала число из­мерительных приборов в отдельных цепях должно быть минимально возможным, но до­статочным для правильного ведения эксплуа­тации.

Амперметры служат для контроля нагруз­ки электрических цепей с целью предупреж­дения опасных, ненормальных режимов их ра­боты. В связи с этим амперметры, как прави­ло, устанавливают во всех основных электри­ческих цепях, а именно: в цепях генераторов, силовых трансформаторов, электродвигателей, линий ит. д.

Ваттметры и вольтамперметры реактивные служат для измерения активной и реактивной мощности. По показаниям ваттметра, амперметра и вольтметра определяют коэффициент мощно­сти,с которым в данный мо­мент работает генератор, трансформатор или линия.

Счетчики служат для учета выработанной, потребленной и потерянной в сети электро­энергии. В связи с этим счетчики устанавли­вают как на электростанциях, так и на сете­вых подстанциях и у электропотребителей.

Применяемые счетчики подразделяют на расчетные и контрольные. Расчетными назы­вают счетчики, используемые для денежного расчета за электроэнергию, а контрольными - используемые для контроля расхода электро­энергии, например внутри электростанций, подстанций, промышленных предприятий и т. п.

Для учета активной энергии используют счетчики ватт-часов.

Для учета реактивной энергии используют счетчики вольтамперметр-часов реактивных.

Значение cosопределяют, пользуясь показаниями счетчиков активной и реактив­ной энергии. Для этого сначала определяют значение средневзвешенного tg φ_СР:

tg φср = А_Р/А_А

где А_Р - количество энергии, отсчитанное счет­чиком реактивной энергии за данный отрезок времени;

А_а - количество энергии, отсчитанное счет­чиком активной энергии за тот же отрезок временя.

После этого на основании полученного зна­чения tg по тригонометрическим табли­цам находят значение cos.

Вольтметры служат для измерения напря­жения. Они необходимы для поддержания за­данных значений напряжения на электростан­циях, на шинах узловых подстанций энерго­системы, а также для осуществления контроля за качеством отпускаемой электроэнергии (ве­личина напряжения). Вольтметры, кроме того, применяют для контроля состояния изоляции по отношению к земле в сетях постоянного и переменного тока.

Частотометры cлужат для измерения частоты переменного тока. Они необходимы для осуществления контроля за качеством электроэнергии.

Принцип работы и устройство вакуумных выключателей высокого напряжения.

Процесс отключения в вакуумном выключателе протекает сле­дующим образом. В момент расхождения контактов площадь их соприкосновения уменьшается, плотность тока резко возрастает и металл контактов плавится и испаряется в вакууме. При этом между контактами образуется проводящий мостик, состоящий из паров металла электродов. Загорается так называемая вакуумная дуга, которая гаснет при первом же переходе тока через нуль. Элек­трическая прочность вакуума восстанавливается очень быстро, так как малая плотность газа в колбе выключателя обусловливает исключительно высокую скорость диффузии электрических заря­дов из ствола дуги. Уже через 10 мкс после перехода тока через нуль электрическая прочность вакуума достигает своего полного значения 100 МВ/м. Если к этому времени раствор контактов ока­жется достаточным для того, чтобы электрическая прочность меж­контактного промежутка стала больше восстанавливающегося на­пряжения, дуга погаснет окончательно. В противном случае про­изойдет повторный пробой промежутка и повторное зажигание дуги.

При отключении вакуумным выключателем малых токов (не­сколько ампер или десятков ампер) может произойти преждевре­менное снижение тока до нуля до естественного перехода тока через нуль (срез тока), что объясняется очень быстрой деионизацией меж­контактного промежутка. Срез тока сопровождается, как и в дру­гих выключателях, перенапряжениями.

Для надежности работы вакуумного выключателя и увеличения срока его службы весьма существенной является износостойкость контактов, которые распыливаются во время горения дуги. При очень сильном распылении металла контактов может образоваться такое количество паров металла, что гашение дуги окажется невоз­можным. Опыт показал, что наиболее сильное распыление наблю­дается у контактов из латуни и меди. Тугоплавкие металлы, такие, как вольфрам или молибден, распыливаются сравнительно мало. С увеличением отключаемого тока распыливание металла кон­тактов растет, причем быстрее, чем увеличивается ток.

Таким образом, для повышения отключающей способности ва­куумного выключателя необходимо применять наиболее тугоплав­кие материалы для контактов.

С другой стороны, повышение тугоплавкости контактов увеличи­вает ток среза, что неблагоприятно сказывается на отключениях, вызывая опасные перенапряжения. Наибольший ток среза возни­кает при контактах из вольфрама, и он в 2,5 раза меньше при кон­тактах из меди.

Следовательно, для надежной работы вакуумных выключателей необходимы специальные материалы, обеспечивающие отключения больших токов и имеющие малый ток среза. К сожалению, метал­лов, удовлетворяющих одновременно обоим требованиям, нет, и поэтому широкое распространение получили вольфрам и молибден, которые допускают отключение токов свыше 4 - 5 кА, хотя при этом и возникают большие токи среза.

Современные вакуумные выключатели рассчитаны на отключение токов в пределах от 1,0 до 8,0 кА при напряжениях 3 - 20 кВ. Дуго-гасительная камера вакуумного выключателя представляет собою герметический вакуумный сосуд из металла и стекла, в котором поддерживается вакуум 10^-4 Па. Корпус камеры может быть изго­товлен не только из стекла, но и из других изоляционных материа­лов, которые вакуумно-плотно свариваются с металлом.

Внутри корпуса находятся два контакта — подвижный, соеди­ненный с корпусом при помощи сильфона, и неподвижный. Ход кон­тактов составляет всего 10 - 15 мм. Срок службы камеры (ресурс) очень велик – 100 - 250 тыс. операций. Для некоторых типов ка­мер ресурс составляет до 2 млн. операций включения и отклю­чения.