Как работает электродвигатель со встроенным электромагнитным тормозом

После отключения обычный асинхронный двигатель не останавливается мгновенно. Питание уже снято, но ротор, муфта, шкив и рабочий механизм продолжают двигаться по инерции. Для вентилятора такой выбег часто допустим. Для конвейера, станка или позиционирующей каретки — уже нет.

Электродвигатель со встроенным электромагнитным тормозом решает эту задачу непосредственно на валу. Тормозной узел останавливает вращение после отключения двигателя, а затем удерживает механизм в неподвижном положении. Привод получается компактным: не требуется устанавливать отдельный тормоз и связывать его с валом дополнительной передачей.

Почему тормоз срабатывает при отключении питания

В промышленных тормозных двигателях обычно применяется нормально замкнутая схема. Пока катушка электромагнита обесточена, пружины прижимают тормозной диск к неподвижной поверхности. Вал заблокирован.

После подачи напряжения электромагнит притягивает якорь, преодолевает усилие пружин и освобождает диск. Вал начинает вращаться свободно. Когда питание снимается, магнитное поле исчезает, пружины снова прижимают диск, а возникающее трение замедляет ротор.

Именно поэтому тормоз работает не только как средство быстрой остановки. Он сохраняет удерживающее усилие даже при полном исчезновении напряжения. Для приводов, способных самопроизвольно перемещаться под действием груза, это принципиальное отличие от электрического торможения самим двигателем.

Из каких частей состоит тормозной узел

Конструкция может различаться в зависимости от производителя и габарита, однако основной набор элементов остаётся похожим:

• фрикционный диск, связанный с валом;

• нажимной диск или якорь;

• тормозные пружины;

• электромагнитная катушка;

• неподвижная опорная поверхность;

• кожух, защищающий механизм;

• устройство ручного растормаживания, если оно предусмотрено комплектацией.

Пока электромагнит не работает, нажимной диск удерживается пружинами. При включении катушки он перемещается, создавая рабочий зазор между фрикционными поверхностями. Диск перестаёт быть зажатым, и двигатель может развивать номинальные обороты.

Схема простая. Но точность регулировки важна.

По мере износа фрикционной накладки рабочий зазор увеличивается. Если он становится слишком большим, тормоз начинает раскрываться медленнее, катушка перегревается, а диск может освобождаться не полностью. Поэтому обслуживание тормозного двигателя включает не только проверку подшипников и электрических соединений, но и контроль состояния самого тормоза.

Что происходит при запуске двигателя

Правильный пуск начинается с растормаживания. Система управления подаёт напряжение на катушку, тормоз раскрывается, после чего двигатель разгоняет механизм.

На практике команды могут подаваться почти одновременно, но электрическая схема должна учитывать реальное время срабатывания узла. Если двигатель начнёт создавать момент раньше, чем диск полностью освободится, он будет разгоняться против тормоза. Ток возрастёт. Фрикционная накладка начнёт нагреваться и быстро изнашиваться.

При остановке последовательность обратная. Сначала снимается вращающий момент, затем замыкается тормоз. В приводе с большой инерцией двигатель можно предварительно замедлить частотным преобразователем, а электромагнитный тормоз использовать для окончательной остановки и удержания положения.

Это снижает ударную нагрузку.

Для представленных тормозных электродвигателей указывается режим S4 с ПВ40%, время растормаживания не более 0,02 секунды и время отключения тормоза не более 0,1 секунды. Такие значения помогают настроить автоматику, однако итоговые задержки нужно проверять на собранном приводе: на них влияют контакторы, выпрямитель, контроллер и схема отключения катушки. Например, эти характеристики указаны для электродвигателя с тормозом 1,5 кВт и 3000 об/мин.

Почему тормоз нельзя подключать как обычную обмотку двигателя

Трёхфазный электродвигатель и катушка тормоза выполняют разные задачи. Они могут иметь разные напряжения питания и разные схемы управления. Даже когда питание берётся из одной сети, для тормоза нередко используется выпрямитель, формирующий постоянное напряжение.

Особого внимания требует работа с частотным преобразователем. Частота и напряжение на его выходе изменяются во время разгона и остановки, тогда как тормозной катушке необходимо предсказуемое питание. Поэтому её обычно подключают через отдельную цепь, а команду на растормаживание подают с релейного выхода преобразователя или контроллера.

Подключать тормоз без проверки схемы нельзя. Он может раскрыться не полностью или замкнуться в неподходящий момент. Производители приводной техники отдельно указывают, что при частотном управлении тормозной выпрямитель должен получать собственное питание, не зависящее от изменяемого выходного напряжения двигателя.

Для чего нужна ручка растормаживания

Ручное растормаживание позволяет освободить вал без подачи напряжения на катушку. Оно требуется не всегда, но бывает полезно во время монтажа, регулировки, аварийного перемещения механизма или обслуживания оборудования.

Использовать ручку как постоянный способ отключения тормоза нельзя. После завершения работ механизм должен вернуться в штатное положение, иначе двигатель останется без удержания.

Особенно внимательно с ручным растормаживанием работают на вертикальных приводах. После освобождения тормоза груз может начать двигаться под собственным весом.

Быстрая остановка и удержание — разные режимы

Тормозной момент необходим для двух задач. Первая — остановить вращающуюся систему. Вторая — удержать уже неподвижный вал.

При динамическом торможении фрикционные поверхности превращают кинетическую энергию в тепло. Чем тяжелее механизм, выше его скорость и чаще происходят остановки, тем сильнее нагревается тормоз. При удержании движения нет, но тормоз должен длительно противостоять моменту нагрузки.

Поэтому тормоз выбирают не только по мощности двигателя. Учитывают момент на валу, приведённую инерцию, частоту включений, допустимую работу трения и требуемое время остановки.

Это главный принцип подбора.