Zajmijmy się teraz tematem hamowania dynamicznego silnika prądu stałego. To bardzo przydatna technika. Służy do szybkiego zatrzymywania silników.
Czym jest hamowanie dynamiczne?
Hamowanie dynamiczne, zwane także hamowaniem rezystancyjnym, to metoda zatrzymywania silnika elektrycznego. Wykorzystuje ona energię kinetyczną wirnika. Energia ta jest zamieniana na ciepło. Ciepło to wydzielane jest w rezystorze. Ten rezystor jest dołączony do obwodu silnika.
Podczas normalnej pracy, silnik pobiera energię elektryczną ze źródła zasilania. Obraca wał, wytwarzając pracę mechaniczną. Kiedy chcemy zatrzymać silnik, odłączamy go od zasilania. Następnie dołączamy rezystor do uzwojeń wirnika.
Wirnik, który nadal się obraca, działa teraz jak generator. Wytwarza prąd elektryczny. Ten prąd przepływa przez rezystor. Powoduje wydzielanie się ciepła. Energia kinetyczna wirnika jest w ten sposób rozpraszana, spowalniając jego obrót. W efekcie silnik zatrzymuje się szybciej, niż gdyby po prostu wyłączyć zasilanie i pozwolić mu wytracić prędkość w naturalny sposób.
Jak działa hamowanie dynamiczne w silniku prądu stałego?
Rozważmy silnik prądu stałego z wzbudzeniem obcym. Oznacza to, że obwód wzbudzenia (tworzący pole magnetyczne) i obwód wirnika (twornika) są zasilane niezależnie. Podczas hamowania dynamicznego, obwód wzbudzenia pozostaje zasilony. Zapewnia to utrzymanie pola magnetycznego niezbędnego do generowania prądu w wirniku.
Obwód wirnika jest odłączany od zasilania. Zamiast tego, podłączany jest do rezystora hamującego. Kręcący się wirnik, umieszczony w polu magnetycznym, indukuje napięcie. To napięcie powoduje przepływ prądu przez rezystor hamujący. Intensywność prądu zależy od prędkości obrotowej wirnika i wartości rezystancji rezystora. Im większa prędkość i mniejsza rezystancja, tym większy prąd i silniejsze hamowanie.
Energia kinetyczna zgromadzona w wirniku jest zamieniana na ciepło w rezystorze. Silnik stopniowo traci prędkość, aż do całkowitego zatrzymania. Wybór odpowiedniej wartości rezystora hamującego jest kluczowy. Zbyt mała rezystancja może spowodować przepływ bardzo dużego prądu. Może to uszkodzić uzwojenia wirnika. Zbyt duża rezystancja spowoduje słabe hamowanie i wydłużenie czasu zatrzymania.
Rodzaje hamowania dynamicznego
Istnieją różne metody hamowania dynamicznego, w zależności od sposobu podłączenia rezystora. Najczęściej stosuje się hamowanie rezystorem zewnętrznym. W tej metodzie rezystor jest dołączany szeregowo do obwodu wirnika po odłączeniu od zasilania. Inną metodą jest hamowanie bezpośrednie, gdzie rezystor jest włączany bezpośrednio w obwód wirnika.
W przypadku silników z wzbudzeniem szeregowym, gdzie obwód wzbudzenia i wirnika są połączone szeregowo, hamowanie dynamiczne jest nieco inne. Należy zmienić połączenia, aby prąd generowany przez wirnik przepływał przez uzwojenia wzbudzenia i rezystor hamujący. Jest to konieczne, aby utrzymać pole magnetyczne podczas hamowania.
Zalety i wady hamowania dynamicznego
Hamowanie dynamiczne ma wiele zalet. Jest skuteczne i stosunkowo proste do zaimplementowania. Zapewnia szybkie zatrzymanie silnika. Jest tańsze w porównaniu z innymi metodami hamowania, np. hamowaniem regeneracyjnym.
Jednak ma też pewne wady. Energia kinetyczna jest rozpraszana w postaci ciepła, co oznacza straty energii. Nie można jej odzyskać. Wymaga zastosowania rezystora hamującego, który musi być odpowiednio dobrany i odprowadzać ciepło. Skuteczność hamowania zależy od prędkości obrotowej silnika. Przy niskich prędkościach hamowanie jest mniej efektywne.
Przykłady zastosowań
Hamowanie dynamiczne jest szeroko stosowane w różnych aplikacjach. Znajdziemy je w windach, gdzie zapewnia kontrolowane zatrzymanie kabiny. Stosuje się je w dźwigach, aby zapobiec niekontrolowanemu opuszczaniu ładunków. Jest wykorzystywane w pojazdach elektrycznych (jako uzupełnienie hamowania regeneracyjnego) oraz w maszynach przemysłowych, takich jak tokarki i frezarki.
W transporcie publicznym, np. w tramwajach i trolejbusach, hamowanie dynamiczne pomaga w szybkim i bezpiecznym zatrzymywaniu pojazdów. W robotyce, umożliwia precyzyjne zatrzymywanie ramion robotów, co jest istotne w wielu procesach produkcyjnych.
Podsumowanie
Hamowanie dynamiczne jest efektywną metodą zatrzymywania silników prądu stałego. Wykorzystuje energię kinetyczną wirnika. Zamienia ją na ciepło w rezystorze hamującym. Jest proste w implementacji i stosunkowo tanie. Ma szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu i transportu. Wybór odpowiedniej wartości rezystora jest kluczowy dla skutecznego i bezpiecznego hamowania.
