Modes de freinage des moteurs asynchrones

Un moteur à induction peut fonctionner dans les modes de freinage suivants : freinage régénératif, freinage inverse et freinage dynamique.

Freinage régénératif d'un moteur à induction

Le freinage régénératif se produit lorsque la vitesse du rotor du moteur à induction dépasse de manière synchrone.

Le mode de freinage récupératif est pratiquement utilisé pour les moteurs à changement de pôles et dans les entraînements des engins de levage (treuils, pelles, etc.).

Lors du passage en mode générateur, du fait d'un changement de signe du couple, la composante active du courant rotorique change de signe. Alors moteur asynchrone donne de la puissance active (énergie) au réseau et consomme de la puissance réactive (énergie) du réseau nécessaire à l'excitation. Ce mode se produit, par exemple, lors de l'arrêt (transition) d'un moteur à deux vitesses de haute à basse vitesse, comme illustré à la fig. 1 un.

Riz. 1. Arrêt d'un moteur asynchrone dans le circuit de commutation principal : a) avec restitution d'énergie dans le réseau ; b) opposition

Supposons qu'en position initiale le moteur fonctionnait à la caractéristique 1 et au point a, tournant à la vitesse ωset1... Au fur et à mesure que le nombre de paires de pôles augmente, le moteur passe à la caractéristique 2 dont la section bs correspond à un freinage avec récupération d'énergie dans le réseau.

Le même type de suspension peut être mis en œuvre dans le système Convertisseur de fréquence — moteur lors de l'arrêt d'un moteur à induction ou lors du passage d'une caractéristique à l'autre. Pour cela, la fréquence de la tension de sortie est réduite, et donc la vitesse synchrone ωо = 2πf/p.

En raison de l'inertie mécanique, la vitesse actuelle du moteur ω changera plus lentement que la vitesse synchrone ωo et dépassera constamment la vitesse du champ magnétique. Il existe donc un mode d'arrêt avec retour d'énergie au réseau.

Le freinage régénératif peut également être appliqué dans entraînement électrique des machines de levage lors de la descente de charges. Pour cela, le moteur est mis en marche dans le sens de la descente de la charge (caractéristique 2, Fig. 1 b).

Après la fin de l'arrêt, il fonctionnera en un point avec une vitesse de -ωset2... Dans ce cas, le processus d'abaissement de la charge est effectué avec la libération d'énergie dans le réseau.

Le freinage régénératif est le type de freinage le plus économique.

Arrêt d'un moteur électrique asynchrone par opposition

Le transfert d'un moteur à induction vers le mode de freinage opposé peut se faire de deux manières. L'une d'elles est liée à une modification de l'alternance de deux phases de la tension alimentant le moteur électrique.

Supposons que le moteur fonctionne selon la caractéristique 1 (Fig. 1 b) avec des phases de tension alternative ABC.Ensuite, lors de la commutation de deux phases (par exemple B et C), il passe à la caractéristique 2, dont la section ab correspond à l'arrêt opposé.

Faisons attention au fait qu'avec l'opposition glissement du moteur asynchrone varie de S = 2 à S = 1.

Dans le même temps, le rotor tourne dans le sens inverse du mouvement du champ et ralentit constamment. Lorsque la vitesse tombe à zéro, le moteur doit être débranché du secteur, sinon il peut passer en mode moteur, et son rotor tournera dans le sens inverse du précédent.

Dans le cas d'un freinage à contre-commutation, les courants dans l'enroulement du moteur peuvent être 7 à 8 fois plus élevés que les courants nominaux correspondants.Le facteur de puissance du moteur diminue considérablement. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de parler d'efficacité, puisque l'énergie mécanique convertie en électricité et l'énergie consommée par le réseau sont dissipées dans la résistance active du rotor, et dans ce cas il n'y a pas d'énergie utile.

Les moteurs à cage d'écureuil sont momentanément surchargés de courant. Il est vrai qu'en (S > 1), du fait du phénomène de déplacement de courant, la résistance active du rotor augmente sensiblement. Cela se traduit par une diminution et une augmentation du couple.

Pour augmenter l'efficacité de freinage des moteurs à rotor bobiné, des résistances supplémentaires sont introduites dans le circuit de leurs rotors, ce qui permet de limiter les courants dans les enroulements et d'augmenter le couple.

Une autre manière de freiner en marche arrière peut être utilisée avec le caractère actif du couple de la charge, qui est créé, par exemple, sur l'arbre moteur du mécanisme de levage.

Supposons qu'il soit nécessaire de réduire la charge en assurant son arrêt à l'aide d'un moteur à induction. A cet effet, le moteur en incluant une résistance supplémentaire (résistance) dans le circuit du rotor est transféré à une caractéristique artificielle (ligne droite 3 sur la Fig. 1).

En raison du moment dépassant la charge Ms couple de démarrage Mp du moteur et son caractère actif, la charge peut être décélérée à vitesse constante -ωset2… Dans ce mode, la butée glissante du moteur asynchrone peut varier de S = 1 à S = 2.

Freinage dynamique d'un moteur à induction

Pour arrêter dynamiquement l'enroulement du stator, le moteur est déconnecté du secteur AC et connecté à une source DC comme indiqué sur la fig. 2. Dans ce cas, l'enroulement du rotor peut être court-circuité ou des résistances supplémentaires avec une résistance de R2d sont incluses dans son circuit.

Riz. 2. Schéma de freinage dynamique d'un moteur à induction (a) et circuit d'activation des enroulements du stator (b)

Le courant constant Ip, dont la valeur peut être contrôlée par la résistance 2, circule dans les bobinages du stator et crée un champ magnétique stationnaire par rapport au stator. Lorsque le rotor tourne, une FEM y est induite, dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse. Cette FEM, à son tour, provoque l'apparition d'un courant dans la boucle fermée de l'enroulement du rotor, ce qui crée un flux magnétique également stationnaire par rapport au stator.

L'interaction du courant du rotor avec le champ magnétique résultant du moteur à induction crée un couple de freinage, grâce auquel l'effet de freinage est obtenu.Dans ce cas, le moteur fonctionne en mode générateur indépendamment du réseau de courant alternatif, convertissant l'énergie cinétique des parties mobiles de l'entraînement électrique et de la machine de travail en énergie électrique, qui est dissipée sous forme de chaleur dans le circuit du rotor.

La figure 2b montre le schéma le plus courant pour activer les enroulements du stator lors d'un freinage dynamique. Le système d'excitation du moteur dans ce mode est asymétrique.

Afin d'analyser le fonctionnement d'un moteur à induction en mode de freinage dynamique, un système d'excitation asymétrique est remplacé par un système symétrique. Pour cela, on suppose que le stator est alimenté non pas par un courant continu Ip, mais par un courant alternatif triphasé équivalent qui crée la même MDF (force magnétomotrice) que le courant continu.

Les caractéristiques électromécaniques et mécaniques sont présentées sur la Fig. 3.

Riz. 3. Caractéristiques électromécaniques et mécaniques du moteur asynchrone

La caractéristique se trouve sur la figure dans le premier quadrant I, où s = ω / ωo - glissement d'un moteur à induction en mode de freinage dynamique. Les données mécaniques du moteur se trouvent dans le deuxième quadrant II.

Diverses caractéristiques artificielles du moteur à induction en mode de freinage dynamique peuvent être obtenues en modifiant la résistance R2d des résistances supplémentaires 3 (Fig. 2) dans le circuit du rotor ou un courant continu Azp est fourni aux enroulements du stator.

A valeurs variables R2q et Azn, il est possible d'obtenir la forme souhaitée des caractéristiques mécaniques du moteur à induction en mode de freinage dynamique et donc l'intensité de freinage correspondante du variateur électrique à induction.

A. I. Miroshnik, O. A. Lyssenko