Результат интеллектуальной деятельности: Асинхронный электропривод

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных электроприводах механизмов, требующих реверса, например в станочных приводах, или в механизмах с торможением путем противовключения, например в крановом оборудовании, в автономных приводах транспортных средств, в асинхронных приводах вибромашин и т.д.

Известен асинхронный электропривод, в котором для реверса используется классическая схема изменения порядка чередования фаз, содержащая четыре коммутационных элемента с блоками управления (Онищенко Г.Б. Электрический привод. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - рис. 3.1, стр. 42). Такая схема реверса обладает главным достоинством - симметричным реверсивным режимом во всем диапазоне скольжений. Недостатком данного устройства является сложность, обусловленная наличием большого числа коммутационных элементов, и необходимость в блоке задержки времени между моментами переключения двух пар коммутирующих элементов с целью исключения короткого замыкания фаз сети, который усложняет схему управления и снижает быстродействие электропривода. Кроме того, такое устройство имеет низкие энергетические показатели (низкий коэффициент мощности сети), в связи с отсутствием в схеме конденсаторных компенсирующих устройств.

Известен также электропривод с торможением способом противовключения (А.С. СССР №1758817, МПК 5 Н02Р 3/20, опубл. 30.08.1992 г.), который содержит трехфазный двигатель, диодный мост, реле, симисторы и тиристоры с блоками управления для изменения порядка чередования фаз асинхронного двигателя. Недостатком такого устройства является сложность, обусловленная наличием большого числа элементов схемы. Кроме того, устройство также имеет низкие энергетические показатели в связи с отсутствием в схеме конденсаторных компенсирующих устройств.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа асинхронный электропривод, содержащий трехфазный асинхронный двигатель, первый конденсатор, подключенный между началами двух фазных обмоток, причем в фазную обмотку с отстающим по фазе напряжением, между зажимом сети и началом обмотки включен коммутационный элемент с блоком управления (Герасимяк Р.П. Торможение крановых механизмов с асинхронным тиристорным электроприводом. // Электротехника, 1981, №11, с. 39).

Недостатком прототипа является то, что в основном рабочем режиме электропривода конденсатор повышает коэффициент мощности фазах только одного линейного напряжения сети, что вызывает несимметрию напряжений сети и отрицательно сказывается на других потребителях. Данный недостаток особенно существенен при работе известного устройства от сети соизмеримой мощности, например, в автономных электроприводах.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - создание простого асинхронного электропривода, обеспечивающего реверс путем противовключения.

Технический результат - улучшение энергетических показателей электропривода в рабочем режиме.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что устройство асинхронный электропривод, содержащее трехфазный асинхронный электродвигатель, начала первой и второй фазных обмоток которого выполнены с возможностью подключения соответственно к фазам А и В трехфазной сети, первый конденсатор, подключенный между началами второй и третьей фазных обмоток, причем в третью фазную обмотку с отстающим по фазе напряжением, между зажимом сети и началом обмотки соответственно включены первый и второй выводы первого коммутационного элемента, третий вывод которого соединен с первым входом-выходом блока управления, в отличие от прототипа снабжено вторым и третьим последовательно соединенными конденсаторами, подключенными параллельно первому конденсатору, а между началом первой фазной обмотки и зажимом соединения второго и третьего конденсаторов соответственно подключены первый и второй выводы второго коммутационного элемента, третий вывод которого соединен со вторым входом-выходом блока управления.

Использование всей совокупности признаков формулы изобретения обеспечивает симметрию напряжений на обмотках статора электродвигателя, повышение коэффициента мощности, что в совокупности улучшает энергетические показатели электропривода в рабочем режиме.

Сущность изобретения поясняется фигурой, на которой изображен заявляемый асинхронный электропривод, который содержит трехфазный асинхронный двигатель с фазными обмотками: 1 - первая фазная обмотка, 2 - вторая фазная обмотка, 3 - третья фазная обмотка, которые могут быть подсоединены к трехфазной сети А, В, С посредством трехфазного коммутационного элемента 4, например трех контактов магнитного пускателя, первый конденсатор 5 подключен между началами второй 2 и третьей фазной обмотки 3, третья фазная обмотка 3 вместе с конденсаторами 5, 6, 7 подключена к той из фаз сети, напряжение которой опережает на 120° напряжение фазы, куда включен симистор 8 - фаза С, второй конденсатор 6 и третий конденсатор 7 включены между собой последовательно и параллельно первому конденсатору 5, в третью фазную обмотку 3 с отстающим по фазе напряжением, между зажимом сети С и началом обмотки 3 соответственно включены первый и второй выводы первого коммутационного элемента 8, выполненного в данном случае выполнения в виде симистора, управляющий выход которого соединен с первым входом-выходом блока управления 9, а между началом первой фазной обмотки 1 и зажимом соединения второго 6 и третьего 7 конденсаторов соответственно подключены первый и второй выводы второго коммутационного элемента 10, выполненного в данном случае выполнения в виде симистора, управляющий выход которого соединен с вторым входом-выходом блока управления.

Использование в качестве коммутационных элементов симисторов 8 и 10, а не контактов реле, объясняется тем, что отключение симисторов после снятия управляемого сигнала с блока 9 происходит не мгновенно, а только при прохождении тока в коммутируемой цепи через нуль, что исключает появление переходных всплесков токов, а следовательно, и ударных моментов, характерных для ключевых контактов, момент срабатывания которых случаен и сопровождается дугой, переходными электромагнитными процессами, что затрудняет их использование в приводах, требующих плавного перехода к режиму противовключения и не допускающих ударных моментов и рывков.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В исходном рабочем положении коммутационные элементы (симисторы) 8 и 10 открыты, фазные обмотки 1, 2, 3 двигателя подключены к трехфазной сети посредством трехфазного коммутационного элемента 4, и электродвигатель работает в обычном трехфазном режиме, при этом конденсаторы 5, 6, 7 подключены параллельно фазам сети и обеспечивают компенсацию реактивной мощности.

При команде с блока 9 управления на реверс или торможение, симисторы 8 и 10 запираются, и двигатель переходит в режим противовключения, в котором фазные обмотки 1 и 2 подключены через конденсаторы 6 и 7 на линейное напряжение U_AB, а третья фазная обмотка 3 вместе с конденсаторами 5, 6, 7 подключена к той из фаз сети, напряжение которой опережает на 120° напряжение фазы, к которой подключен симистор 8 (фаза С). Наличие конденсаторов 5, 6, 7 (при правильно выбранной величине емкости) меняет фазу тока в обмотке 3, что меняет порядок чередования фаз обмоток и обеспечивает режим противовключения. Применение в качестве коммутационного элемента симисторов 8 и 10 обеспечивает плавный переход от прямого двигательного режима к режиму противовключения в течение 0,005-0,01 сек, т.е. не превышает одного полупериода частоты питающей сети.

При завершении работы устройства посредством трехфазного коммутационного элемента 4 асинхронный двигатель отключается от сети.

Величина эквивалентной емкости трех конденсаторов 5, 6, 7 в режиме противовключения для схемы «звезда» рассчитывается исходя из обеспечения заданного момента противовключения по формуле:

где I_пр - заданный ток противовключения,

U_н - номинальное напряжение.

Для обеспечения симметрии напряжений в трехфазном режиме емкости конденсаторов 5, 6, 7 выбираются равными по величине, тогда исходя из заданной эквивалентной емкости и схемы соединения конденсаторов емкость каждого конденсатора определится по формуле:

С целью увеличения момента противовключения в предлагаемом устройстве наиболее целесообразно применять асинхронные двигатели, имеющие мягкую механическую характеристику, т.к. это обеспечивает наибольший момент противовключения при малых токах. Такие характеристики имеют, например, асинхронные двигатели, подключенные по схеме с двойной беличьей клеткой или с массивным ротором.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает режим противовключения и компенсацию реактивной мощности асинхронного двигателя в рабочем режиме, при этом по сравнению с прототипом обеспечивает повышение энергетических показателей электропривода в рабочем режиме путем повышения коэффициента мощности и симметрии напряжений за счет симметричного подключения конденсаторов к фазам сети.