Меню

Электрический мотор с тормозами

Мотор в качестве электромагнитного тормоза

Я занимаюсь разработкой бесколлекторных моторов в компании Impulsor. В последнее время к нам часто обращаются для разработки мотора/генератора, который будет выступать в качестве тормоза. В данной статье я расскажу об особенностях такого применения моторов, какие при этом преимущества и недостатки, и как реализовать такой режим работы.

Преимущества и варианты использования

Использование мотора в качестве тормоза даёт ряд преимуществ и параметров, которых не достичь, используя другие, доступные на данный момент, виды тормозов. Однако у данного подхода есть и недостатки.

  • Быстрый режим включения/выключения и выставления тормозного момента.
  • Широкий диапазон рабочих оборотов. Возможно сделать и сверх оборотистый тормоз ( до 100 000 rpm), так наоборот и очень медленный.
  • Плавная установка нагрузки, отсутствие возможности случайной блокировки вала.
  • Отсутствие пыли и отработанных материалов от тормоза. Можно использовать в помещении или замкнутом объёме.
  • Можно использовать в качестве генератора.

Недостатки:

  • Ограничения по рабочей температуре до 150, 200 градусов. Немного поднять температуру возможно, но при этом цена изделия возрастает очень сильно.
  • Обычный тормоз из диска и колодок в тех же габаритах будет эффективнее.
  • Сильные ограничения по моменту на низких оборотах и невозможность полностью заблокировать вал. Данное ограничение можно обойти с применением контроллера с внешним питанием.
  • Постоянное наличие небольшого тормозного момента.

Благодаря своей скорости, точности и чистоте, такой тормоз незаменим в лабораториях и закрытых приборах. Близким аналогом мотора-тормоза, является порошковый тормоз. Он такой же быстрый, не создаёт пыль, но он не может работать на высоких оборотах и большинство существующих моделей и вовсе ограниченны 1500-3000rpm. Обычный дисковый тормоз не способен обеспечить такую же точность и стабильность работы.

Режимы работы

Для электромагнитного тормоза доступны 3 режима торможения, они различаются тем, куда идёт энергия от торможения:

  1. Режим замыкания и выделения тепла непосредственно в моторе.
  2. Выделение тепла на внешней нагрузке, сопротивлении или биполярном транзисторе.
  3. Рекуперация и зарядка аккумулятора.

Далее я подробнее расскажу об этих режимах для моторов синхронного типа с постоянными магнитами BLDC, также это применимо и к обычным DC.

1. Режим замыкания

Это самый простой режим. В нём контакты мотора просто замыкаются, и тормозная мощность выделяется на сопротивлении обмотки мотора. Моторы изначально спроектированы с уклоном на охлаждение и к тому же они обладают достаточно большой массой и теплоёмкостью. Это позволяет достаточно интенсивно использовать такой режим без доработок мотора/генератора.

Для реализации данного режимы достаточно диодного моста и механического (кнопки, рубильника или реле) или электронного ключа (MOSFET, IGBT). Для корректировки тормозного усилия применяется ШИМ, который задаёт скважность открытия ключа. Схема подключения выглядит следующим образом:

Данный режим имеет интересную особенность. С ростом оборотов максимальный тормозной момент будет падать. Это связанно с тем, что обмотка мотора имеет значительную индуктивность и с ростом оборотов, растёт и частота токов. В результате реактивное сопротивление обмотки превысит активное и мощность потерь будет ниже максимально возможной для этого мотора. Характерная зависимость максимального тормозного момента от оборотов показана на графике ниже:

Несмотря на то, что любой готовый мотор можно сразу использовать в таком режиме, такой режим не позволит раскрыть весь потенциал изделия. Однако характеристики работы тормоза в таком режиме можно значительно повысить, есть его изначально проектировать как тормоз.

Читайте также:  Акм 7 62 дульный тормоз компенсатор

У этого режима есть ещё один важный недостаток. Из-за быстрого и резкого замыкания и размыкания обмоток будут возникать сильные электромагнитные помехи. Также диодный мост должен быть рассчитан на большие импульсные токи.

2. С внешней нагрузкой

В данном режиме основным источником выделения тепла от торможения служит внешнее сопротивление. Этот режим гораздо более эффективный, так как тормозная мощность более не ограниченна теплоотводом тепла мотора, а радиатор на сопротивлении можно сделать сколь угодно большим. Кроме того, если правильно подстраивать величину сопротивления, то максимальный тормозной момент будет выше, чем просто при замыкании и чем выше обороты, тем существеннее это будет проявляться.

Для реализации данного режима также необходим диодный мост, но после него включается либо механический реостат, либо биполярный транзистор со схемой контроля тока, либо сопротивления (схема электронной нагрузки). Схема подключения выглядит следующим образом:

При малой величине внешнего сопротивления относительно сопротивления мотора, характер тормозного момента будет близок к первому режиму. При увеличении сопротивления точка пикового момента будет смещаться к большим оборотам, и максимальная тормозная мощность будет расти. Динамика изменения тормозного момента с ростом сопротивления нагрузки показана на графике ниже:

Данный режим позволяет получить на нужном диапазоне рабочих оборотов участок, на котором тормозной момент возрастает с ростом оборотов. Этот режим работы крайне удачный, так как он позволяет стабилизировать обороты или ограничить их. Образуется стабильная система с обратной связью.

3. Рекуперация

Данный режим самый сложный в реализации. Он требует контроллера (ESC) наподобие тех, что применяется для управления бесколлекторными моторами BLDC. Но при этом данный режим и самый эффективный. Он способен устранить большинство недостатков тормоза такого типа. Так, например, контроллер позволит полностью блокировать вал мотора, он позволит использовать тормоз одновременно в режиме генерации и контролируемого торможения и в данном режиме можно достигнуть тормозных моментов значительно выше, чем в предыдущих 2х.

В данной статье я не буду подробно описывать устройство контроллера и алгоритмы его работы, т.к. эта тема для отдельной статьи, а возможно и не одной. Для желающих разобраться в данном вопросе можно изучить принцип работы контроллера в электротранспорте (велосипедах, самокатах) и то как в них реализованы алгоритмы торможения и рекуперации.

Источник

Электродвигатель со встроенным тормозом

Встраиваемый тормоз электродвигателя

Очень часто в производственном процессе требуется резко замедлить ход оборудования, экстренно его остановить или прибегнуть к его остановке в циклическом режиме. В этом случае на предприятиях применяются асинхронные электродвигатели с электромагнитным тормозом. Такой электродвигатель имеет то же обозначение соответственно привязки своей мощности к установочному размеру, однако в конце его наименования добавляется буква Е. То есть, к примеру, электродвигатель стандарта ГОСТ 0,75 кВт на 3000 оборотов в минуту с электромагнитным тормозом будет иметь наименование АИР71А2Е, а двигатель DIN 0,75 кВт на 3000 оборотов в минуту обозначается АИС80А2Е, где Е это обозначение электромагнитного тормоза. К тому же может быть добавлено ручное растормаживающее устройство, в таком случае добавляется префикс Е2 на окончание аббревиатуры мотора. Однако, этого обозначения может и не быть и мотор будет по умолчанию оборудован ручным растормаживающим устройством. Его наличие можно определить по внешнему виду двигателя (присутствует ручка для механического растормаживания). На шильдике двигателя информация о наличии электромагнитного устройства для торможения обычно отражена в самом низу или в середине таблички.

Читайте также:  Привод тормоза мостового крана

Для нее выделена отдельная строка, в которой обозначено:

• Наличие самого тормоза

• Переменный или постоянный ток устройства

Встроенный тормоз электродвигателя

Встраиваемый тормоз электродвигателя может быть барабанными или дисковым. Наиболее эффективен дисковый встраиваемый тормоз электродвигателя. Подобная конструкция обеспечивает наиболее высокие показатели торможения.

Источник

Электродвигатель с тормозом — электромагнитным встроенным

Электродвигатель с электромагнитным тормозом – это асинхронный электрический двигатель с дополнительным устройством, способным мгновенно замедлить вращение и фиксировано остановить. «СЛЭМЗ» производит электродвигатели с тормозом мощностью от 0,75 до 30 кВт. Питание от трехфазной, однофазной сети переменного тока, частота 50 Гц. Комплектуем магнитным тормозом общепромышленные, взрывозащищенные, крановые, лифтовые двигатели.

Электродвигатели с электромагнитным тормозом предназначены для конвейеров, лент, электроталей, обрабатывающих станков, автоматизированных транспортно-складских систем, подъемников.

В зависимости от питания, в Украине можно купить электродвигатель со встроенным тормозом двух типов:

  • Тормоз постоянного тока (220В к сети 380В; 380В к сети 380В)
  • Тормоз переменного тока (220В к сети 380В; 380В к сети 380В)

По исполнению двигатели с электротормозом бывают общего назначения и с ручным растормаживанием. Вы сможете приехать в цех «Слобожанского завода» и купить электродвигатель с тормозом в сборе либо установить встраиваемый электромагнитный тормоз на Ваш двигатель.

Каталог электродвигателей с тормозом и таблица размеров

В таблице указаны маркировки и габариты двигателя со встроенным тормозом. Подробнее о габаритных размерах двигателей АИР.

Каталог и габариты электродвигателей с тормозом

Источник

Об электродвигателях с тормозом

Большинство асинхронных двигателей, используемых в промышленном оборудовании, подключаются через преобразователи частоты. Частотник прекрасно справляется с замедлением и торможением привода. Избыточная энергия, которая при динамическом торможении накапливается на конденсаторах звена постоянного тока, выделяется в виде тепла на тормозном резисторе. Однако есть ситуации, когда требуется специализированное решение — двигатель с электромеханическим (электромагнитным) тормозом.

Актуальность применения электромагнитного тормоза

Преобразователь частоты может некоторое время удерживать ротор в неподвижном состоянии путем подачи на двигатель постоянного напряжения. Однако электропривод способен находиться в таком режиме лишь несколько минут, после чего начинают перегреваться обмотки. Поэтому в ряде случаев применяют электродвигатели с тормозом. Прежде всего это относится к грузоподъемному оборудованию — кранам, лифтам и проч.

Электромеханический тормоз позволяет быстро останавливать привод и удерживать его в неподвижном состоянии сколь угодно долго. Обычно такая необходимость продиктована соображениями безопасной эксплуатации оборудования.

Конструкция

В конструкцию электромагнитного тормоза входят:

  • электромагнит с катушкой
  • тормозной диск с накладками
  • прижимные пружины
  • система настройки прижимного момента

В большинстве случаев тормоз является нормально заторможенным. Это означает, что ротор двигателя фиксируется при отсутствии питания тормоза. При подаче питания на катушку тормозные колодки отжимаются, и ротор растормаживается.

Читайте также:  Перепускной клапан тормозов урал

Способы монтажа

Тормоз может быть встроен в конструкцию двигателя либо являться отдельным устройством. Наиболее предпочтителен встроенный тормоз, который располагается на оси ротора. Такая конструкция отличается компактностью и простотой в эксплуатации.

Если применение двигателя со встроенным тормозом по каким-то причинам нецелесообразно, применяют отдельный тормоз. Его основные преимущества – возможность монтажа в любом месте привода (например, на оси редуктора), размеры и способ крепления устройства не привязаны к конструкции двигателя.

Способы подачи питания на тормоз

Электромеханический тормоз может иметь зависимое или независимое питание. В первом случае его катушка запитывается от того же источника, что и обмотки двигателя. При этом тормоз должен быть нормально заторможенным, чтобы при пропадании питания он фиксировал ротор.

Тормоз с независимым питанием может управляться более гибко, однако он требует отдельную схему питания, которая должна быть синхронизирована с питанием двигателя. Наиболее универсальный тормоз данного типа – двухобмоточный. Катушка в нем состоит из двух обмоток. Короткой обмоткой тормоз включается, длинной (с меньшим током) удерживается.

Если питание двигателя производится от ПЧ, необходимо в настройках преобразователя обратить внимание на параметры электромеханического тормоза. В идеальном варианте ПЧ и двигатель с тормозом должны быть выпущены одним производителем.

Временные параметры торможения

При проектировании тормозной системы следует учитывать, что время срабатывания тормоза обычно гораздо меньше, чем время его отпускания.

Типовым временем включения тормоза (растормаживание при включении двигателя) можно считать 40-60 мс в зависимости от мощности и напряжения питания. Время выключения при правильной регулировке не должно превышать 0,2 с.

Обслуживание электромеханического тормоза

Поскольку тормоз является электромеханическим устройством, подверженным износу, он нуждается в регулярном техническом обслуживании. Необходимо регулярно проверять тормозной зазор, который должен иметь значение, рекомендованное производителем. Зазор может уменьшаться или увеличиваться, а также иметь перекосы из-за износа тормозных колодок либо пружин, нарушения крепежа.

Поскольку при работе двигателя тормоз подвергается ударам и вибрации, необходимо тщательно следить за фиксацией крепежных гаек и шпилек. Такеж рекомендуется использовать фиксатор резьбы.

Для ремонта и технического обслуживания оборудования обычно предусматривается возможность ручного растормаживания при помощи специального рычага. Эту функцию нужно использовать осторожно во избежание порчи оборудования и травм персонала.

Тормозной момент электромагнитного тормоза может быть отрегулирован в некоторых пределах.

Режим работы

Использовать электромеханический тормоз для торможения двигателя на ненулевой скорости рекомендуется только в аварийных случаях, поскольку в этом режиме резко повышается износ и нагрев тормозных колодок. Схема должна быть спроектирована таким образом, чтобы тормоз был стояночным, то есть включался только на нулевой скорости. Для этого в ПЧ имеется специальный выход. В таком режиме тормозные колодки почти не изнашиваются и имеют большой ресурс работы.

При частом использовании функции торможения происходит не только износ, но и нагрев тормоза. Если технологический процесс не позволяет сократить число торможений в единицу времени, следует предусмотреть дополнительный обдув тормоза, а также более ответственно подходить к его техобслуживанию.

Источник

Adblock
detector