Двухдвигательный электропривод для перемещения ленточных материалов

 

Изобретение предназначено для применения в приводах перемещения и натяжения ленточных материалов, например в технологическом оборудовании по обработке тонких ленточных заготовок. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Два трехфазных асинхронных двигателя подсоединены к трехфазной сети с разным порядком чередования фаз, в одну из фазных обмоток каждого двигателя подключены симисторы с блоками управления, а концы этих фазных обмоток объединены и соединены с конденсатором, второй вывод которого подключен к нулевой шине. Такая схема подключения обеспечивает перемещение ленточных заготовок с заданной скоростью и натяжением ленты. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах для перемещения и натяжения ленточных материалов, например в технологическом оборудовании для производства и обработки электропроводящих рулонных ленточных материалов, в электроприводах подачи ленточных материалов в пресс, в лентопротяжных механизмах устройств ввода-вывода информации.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в расширении функциональных возможностей устройства.

Известен двухдвигательный электропривод лентопротяжного устройства, который содержит два электродвигателя постоянного тока со схемой управления {1} . Недостатками этого аналога являются сложность устройства и малая надежность, обусловленные сложной схемой управления и малой надежностью двигателей со скользящим коллекторным узлом.

Известен также двухдвигательный электропривод для перемещения ленточных материалов, содержащий два трехфазных линейных двигателя со схемой управления, обеспечивающей независимое реверсивное управление каждым двигателем в отдельности { 2} . Недостатком этого аналога является большое количество коммутационных элементов, большая сложность и малая надежность.

Наиболее близким по совокупности сходных существенных признаков к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа электропривод {3} , который содержит два трехфазных асинхронных двигателя, начала статорных обмоток которых подсоединены к трехфазной сети посредством первого, второго и третьего коммутационных элементов, нулевая шина, к которой подсоединена нулевая точка одного из двигателей, конденсатор, диоды и резистор, входящие в блок торможения.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: два трехфазных асинхронных двигателя, начала статорных обмоток которых подсоединены к трехфазной сети посредством первого, второго и третьего коммутационных элементов, конденсатор и нулевая шина.

Недостатком прототипа являются узкие функциональные возможности, так как известное устройство обеспечивает только эффективное торможение, но не предусматривает регулирования скорости, что затрудняет его применение в устройствах для перемещения лент.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей электропривода за счет оригинального подключения известных элементов - конденсатора и коммутационных элементов, а также определенного подключения обмоток двух двигателей.

Для достижения поставленной цели заявляемое изобретение - двухдвигательный электропривод для перемещения ленточных материалов содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение, связанное с целью изобретения задачи.

Два трехфазных асинхронных двигателя, начала статорных обмоток которых подсоединены к трехфазной сети посредством первого, второго и третьего коммутационных элементов, конденсатор и нулевая шина.

Первая обмотка первого двигателя и третья обмотка второго двигателя подсоединены к первой фазе сети, вторые обмотки обоих двигателей подсоединены ко второй фазе сети, а третья обмотка первого двигателя и первая обмотка второго двигателя подсоединены к третьей фазе сети.

Концы вторых обмоток соединены между собой и с одним из выводов конденсатора, другой вывод которого соединен с нулевой шиной. Между концом второй обмотки и объединенными зажимам концов первой и третьей обмотки каждого двигателя подключены четвертый и пятый коммутационные элементы с блоками управления.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки: первая обмотка первого двигателя и третья обмотка второго двигателя подсоединены к первой фазе сети, вторые обмотки обоих двигателей подсоединены ко второй фазе сети, а третья обмотка первого двигателя и первая обмотка второго двигателя подсоединены к третьей фазе сети.

Концы вторых обмоток соединены между собой и с одним из выводов конденсатора, Другой вывод которого соединен с нулевой шиной. Между концом второй обмотки и объединенными зажимами концов первой и третьей обмотки каждого двигателя подключены четвертый и пятый коммутационные элементы с блоками управления.

Наиболее целесообразным исполнением коммутационных элементов с блоками управления являются симисторы с блоками фазового управления, что обеспечивает высокое быстродействие и надежность.

Перечисленные выше отличительные признаки вместе со сходными признаками прототипа обеспечивают работоспособность устройства с достижением технического результата - расширение функциональных возможностей устройства.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь: конкретное подключение обмоток двух асинхронных двигателей к трехфазной сети, соединение их между собой, а также с нулевой шиной вместе с признаками подключения конденсатора между концами вторых обмоток и нулевой шиной, а также подключение коммутационных элементов с блоками управления между концом второй обмотки и объединенными зажимами концов первой и третьей обмотки каждого двигателя обеспечивают реверсивное управление скоростью обоих двигателей, что расширяет функциональные возможности электропривода и позволяет применять его для перемещения и натяжения ленточных материалов.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна".

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом не известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована в электроприводах перемещения ленточных материалов с получением технического результата, заключающегося в возможности реверсивного регулирования скорости каждого двигателя, обуславливающего обеспечение достижения поставленной цели - расширение функциональных возможностей электропривода в целом, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображен вариант исполнения двухдвигательного электропривода для перемещения электропроводящих ленточных материалов на базе линейных асинхронных двигателей, например, в зону отжига лент.

На чертежах показаны: На фиг. 1. Электрическая схема.

На фиг. 2. Кинематическая схема.

На фиг. 3. Векторные диаграммы двигателей.

Заявляемый согласно формуле изобретения двухдвигательный электропривод для перемещения ленточных материалов содержит (фиг. 1) два трехфазных асинхронных двигателя 1 и 2, выполненных с развернутыми в плоскость статорами (линейные двигатели). Статорные обмотки первого двигателя 3, 4, 5 и второго двигателя 6, 7, 8, начала которых подключены к фазам сети посредством первого 9, второго 10 и третьего 11 коммутационных элементов, выполненных, например, в виде контактов магнитного пускателя. Первая обмотка 3 первого двигателя и третья обмотка 8 второго двигателя подсоединены к фазе A, вторые обмотки обоих двигателей 4, 7 подключены к фазе B, а третья обмотка 5 первого двигателя и первая обмотка 6 второго двигателя подключены к фазе C. Указанное подключение обеспечивает разный порядок чередования фаз двух двигателей и, следовательно, разное направление тяговых сил двигателей.

Концы вторых обмоток двигателей 4, 7 соединены между собой и соединены с одним из выводов конденсатора 12, другой вывод которого соединен с нулевой шиной N. Между концом второй обмотки 4 и объединенными концами первой 3 и третьей 5 обмоток первого двигателя подключен четвертый коммутационный элемент - симистор 13 с блоком управления 14, а между концом второй обмотки 7 и объединенными концами первой 6 и третьей 8 обмоток второго двигателя подключен пятый коммутационный элемент - симистор 15 с блоком управления 16.

На кинематической схеме (фиг. 2) представлены линейные асинхронные двигатели 1, 2, в воздушных зазорах которых установлен ленточный материал 17, предназначенный для обработки в зоне 18.

На фиг. 3 представлены векторные диаграммы асинхронного двигателя в двух крайних режимах.

Устройство работает следующим образом.

Двигатели 1 и 2 подключаются к фазам сети посредством первого, второго и третьего коммутационных элементов 9, 10, 11. В связи с разным порядком чередования фазных обмоток 3, 4, 5 и 6, 7, 8, подключаемых к сети, при проводящих состояниях симисторов 13, 15 линейные асинхронные двигатели 1, 2 создают противоположно направленные и равные по величине тяговые силы, действующие на ленту 17, которая в неподвижном состоянии подвергается технологическому процессу в зоне 18. Величину натяжения можно регулировать блоками управления 14, 16, обеспечивающими одинаковое изменение углов открытия обоих симисторов 13, 15. Учитывая, что в проводящих состояниях симисторов 13, 15, симметричном напряжении и симметрии фазных обмоток 3, 4, 5 и 6, 7, 8 ток в нулевом проводе и, следовательно, через конденсатор 12 отсутствует.

При необходимости перемещения ленты 17 влево нужно изменить тяговую силу двигателя 1, что достигается изменением угла открытия симистора 13. Так в непроводящем состоянии симистора 13 двигатель 1 меняет направление тяговой силы, действующей на ленту 17, на противоположное и тогда оба двигателя 1 и 2 перемещают ленту 17 влево с максимальной скоростью. Для необходимости поддержания заданного натяжения блоком 14 изменяют угол открытия симистора 13, при этом величина и направление тяговой силы двигателя 1 будет определяться соотношением времени проводящего и непроводящего состояния симистора 13, что эквивалентно соотношению действия лево- и правонаправленных тяговых усилий двигателя.

При необходимости перемещения ленты 17 вправо рабочий процесс, обратный рассмотренному выше, а именно блоком 16 симистор 15 приводится в непроводящее состояние и оба двигателя 1, 2 перемещают ленту 17 вправо, изменяя угол открытия симистора 15, можно регулировать и скорость, и натяжение ленты 17. Преимуществом предложенной схемы подключения двигателей является то, что емкость конденсатора 12 может выбираться исходя из мощности одного двигателя, т. к. оба двигателя 1 и 2 работает на эту емкость попеременно, а режим, когда оба симистора 13, 15 закрыты и оба двигателя 1, 2 работают на один конденсатор 12, не является рабочим, т.к. это соответствует встречному направлению тяговых сил обоих двигателей и провису ленты 17 в рабочей зоне 18, что недопустимо по технологическим условиям.

Процесс реверсирования тяговой силы асинхронного двигателя в непроводящих состояниях симисторов 13, 15 поясняется векторными диаграммами в двух граничных режимах двигателя (фиг. 3).

В нормальном трехфазном режиме двигателя (фиг. 3a), в случае проводящего состояния симистора 13 (для двигателя 1), обмотки статора 3, 4, 5 соединены в звезду, при этом ток через конденсатор 12, если пренебречь несимметрией, практически равен нулю. Токи в фазных обмотках 3, 4, 5 - I_A, I_B, I_C равны по величине и сдвинуты относительно фазных напряжений U_A, U_B, U_C на угол ϕ , который для линейного асинхронного двигателя с ленточным ротором (вторичным элементом) составляет 65 - 70 градусов. Порядок чередования фаз определяется сдвигом фаз токов I_A, I_B, I_C против часовой стрелки в обмотках 3, 4, 5.

В проводящем состоянии симистора 13 (фиг. 3б) обмотка 4 оказывается подключенной к фазному напряжению U_BN через конденсатор 12, а обмотки 3 и 5 последовательно подключаются к линейному напряжению U_AC. Учитывая, что напряжения U_AC и U_BN сдвинуты на 90 градусов, а обмотка 4 и соединенные обмотки 3 и 5 также сдвинуты в пространстве на 90 градусов, то без учета конденсатора 12 получаем магнитное поле обычного двухфазного двигателя с прежним порядком чередования фаз (как и в трехфазном режиме). Введение в цепь обмотки 4 конденсатора 12 меняет фазу реактивной составляющей тока IB, что и обеспечивает реверс магнитного поля и тяговой силы двигателя (I_ВК - ток в обмотке 4 с учетом конденсатора 12).

Величина емкости конденсатора 12 выбирается из условия заданной величины тока IBK в непроводящем состоянии симистора 13 и изменения фазы реактивной составляющей тока IB приблизительно на 180 градусов, т.е. с преобладанием емкостной составляющей тока над индуктивной.

Пример: Линейный асинхронный двигатель для перемещения ленточных материалов (реальный макетный образец) имеет следующие номинальные данные для прямого трехфазного режима: Номинальное напряжение - U_Ф = 220 В.

Входное сопротивление - Z_ВХ = 43 Ом.

Коэффициент мощности - cosϕ = 0.24.

Отсюда активная составляющая сопротивления: R_вх= Z_вх·cosϕ = 43·0.24 = 10.2 Ом Индуктивная составляющая сопротивления: Ток фазной обмотки: I_ф = U_ф/Z_вч = 220/43 = 4.6 A В непроводящем состоянии симистора 13, т.е. в обратном двухфазном режиме, ток в объединенных обмотках 3, 5 равен:

Величина намагничивающей силы от обмоток 3,5 с учетом их взаимного сдвига в пространстве на 120 равна:

где W_Ф - число витков в одной фазной обмотке.

Следовательно, для равенства намагничивающей силы от обмотки 4 намагничивающей силы F_AC ток I_В должен быть равным


Отсюда находим
X_с = 65.5 Ом
C= 1/ ω X_с = 10/314·65.5 = 48.6 мкФ
Угол сдвига между намагничивающими силами на векторной диаграмме - это угол между токами I_ВК и I_ВС приблизительно равен (фиг. 3в):
α = 90°-2ϕ
Отсюда следует, что предлагаемое устройство наиболее целесообразно для применения в асинхронных двигателях с низким коэффициентом мощности, в частности в линейных двигателях с ленточным вторичным элементом, cos которых не превышает 0,3, т. к. фазовый сдвиг в этом случае приближается к оптимальному α =90.

Таким образом, предложенный электропривод обеспечивает перемещение и натяжение ленточных материалов, имеет простое исполнение и высокую надежность. Как показали испытания макетного образца двухдвигательного электропривода заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает более широкими функциональными возможностями.

Заявляемое изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Литература
1. Авторское свидетельство СССР N 1378005, МКИ H 02 P 7/68, 1988.

2. Оптимизация электромеханических систем автоматического управления. Межвуз, научн. сборник, Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1983, с. 127, рис. 1.

3. Авторское свидетельство СССР N 1066011, МКИ H 02 P 3/24, 1984.

Формула изобретения

Двухдвигательный электропривод для перемещения ленточных материалов, содержащий два трехфазных асинхронных двигателя, начала статорных обмоток которых подсоединены к трехфазной сети посредством первого, второго и третьего коммутационных элементов, конденсатор и нулевую шину, отличающийся тем, что первая обмотка первого двигателя и третья обмотка второго двигателя подсоединены к первой фазе сети, вторые обмотки обоих двигателей подсоединены ко второй фазе сети, а третья обмотка первого двигателя и первая обмотка второго двигателя подсоединены к третьей фазе сети, причем концы вторых обмоток соединены между собой и с одним из выводов конденсатора, другой вывод которого соединен с нулевой шиной, а между концом второй обмотки и объединенными зажимами концов первой и третьей обмотки каждого двигателя подключены четвертый и пятый коммутационные элементы с блоками управления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3