Асинхронный двигатель с исключенным режимом холостого хода

Авторы патента:

H02P23/02 - Управление или регулирование электрических двигателей, генераторов, электромашинных преобразователей; управление трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками (конструкции пусковых аппаратов, тормозов или других управляющих устройств см. в соответствующих подклассах, например механические тормоза F16D, механические регуляторы скорости G05D; переменные резисторы H01C; пусковые переключатели H01H; системы для регулирования электрических или магнитных переменных величин с использованием трансформаторов, реакторов или дроссельных катушек G05F; устройства, конструктивно связанные с электрическими двигателями, генераторами, электромашинными преобразователями, трансформаторами, реакторами или дроссельными катушками, см. в соответствующих подклассах, например H01F,H02K; соединение или управление

H02K17/30 - конструктивное сопряжение с вспомогательными электрическими устройствами, влияющими на характеристики двигателя или служащими для его регулирования, например с полным сопротивлением, с выключателем (устройства для регулирования, расположенные вне двигателя H02P)

H02K17/16 - с ротором, имеющим короткозамкнутую внутри обмотку, например типа беличьей клетки

Владельцы патента RU 2538405:

Гуков Дмитрий Васильевич (RU)

Изобретение относится к области электромеханики. Технический результат: снижение энергопотребления в режиме холостого хода. В устройство, состоящее из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, тиристорного регулятора для снижения энергопотребления в режиме холостого хода путем автоматического перевода устройства в импульсный режим, в цепь каждой фазы статора последовательно после тиристоров дополнительно включены три индуктивности и параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя дополнительно подключены три конденсатора. 1 ил.

Устройство относится к электромеханике.

Известно «Устройство для сварки» по патенту РФ №2032506, МПК B23K 9/00 от 10.04.95 г., - [1], состоящее из сварочного трансформатора, тиристорного регулятора в цепи его первичной обмотки и конденсатора, подключенного параллельно вторичной обмотке. Устройство обеспечивает низкое энергопотребление в режиме холостого хода за счет перевода устройства в импульсный режим работы, но применить такое схемное решение для асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой не представляется возможным из-за того, что у асинхронного двигателя вторичная обмотка (обмотка ротора) всегда замкнута, даже в режиме холостого хода.

Наиболее близким к предлагаемому является «Тиристорный преобразователь напряжения для регулирования скорости асинхронного двигателя» по патенту РФ №2115213, МПК Н02М 5/00 от 10.07.1998 г. - [2], состоящее из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и тиристорного регулятора в цепи обмотки статора. Недостатком указанного устройства является значительное энергопотребление в режиме холостого хода.

Предлагаемое устройство (см. фиг.1) состоит из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, тиристорного регулятора в цепи обмотки статора, трех дополнительных индуктивностей, включенных последовательно в цепь каждой фазы статора после тиристорного регулятора и трех конденсаторов, подключенных параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя.

Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что асинхронный двигатель с исключенным режимом холостого хода, состоящий из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, тиристорного регулятора в цепи обмотки статора, дополнительно включенных последовательно в цепь каждой фазы статора после тиристорного регулятора трех индуктивностей и трех конденсаторов, включенных параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя, благодаря дополнительно включенным индуктивностям и конденсаторам в режиме холостого хода автоматически переходит в импульсный режим работы, чем обеспечивает снижение энергопотребления.

Заявляемое изобретение решает задачу снижения энергопотребления в режиме холостого хода путем автоматического перевода устройства в импульсный режим работы на холостом ходу.

При работе устройства в режиме пуска и работы под нагрузкой (нагрузку создает рабочий механизм) дополнительные индуктивности и емкости никак не сказываются. Устройство будет работать как при обычном тиристорном регулировании.

При переходе в режим холостого хода (рабочий механизм перестал создавать тормозной момент на валу двигателя) снижается потребляемый ток и начинает сказываться влияние дополнительных индуктивностей и емкостей на работу тиристоров. Схема управления тиристорами подает короткий импульс на управляющие электроды всех тиристоров одновременно. Открываются те из тиристоров, к которым приложено положительное напряжение. Сетевое напряжение прикладывается к обмоткам двигателя. При этом начинается заряд конденсаторов С через дополнительные индуктивности L. Как известно из теории переходных процессов (включение L-C цепи под напряжение), конденсатор в ходе переходного процесса заряжается до двойного мгновенного значения сетевого напряжения. С окончанием заряда ток, протекающий через тиристор, прекратится, и он закроется. Ток, потребляемый двигателем, при этом будет мал, поскольку двигатель работает без нагрузки и недостаточен для удержания тиристоров в открытом состоянии. После заряда конденсатора следует его разряд на обмотку двигателя. Причем напряжение на конденсаторе направлено встречно сетевому напряжению и превышает сетевое напряжение в 2 раза (из-за переходного процесса). Поэтому в течение значительного промежутка времени, пока напряжение на конденсаторе не сравняется с сетевым напряжением, к тиристору будет приложено обратное напряжение, необходимое для надежного запирания тиристора.

Таким образом, в режиме холостого хода тиристоры будут открываться только на очень короткий промежуток времени и затем будут закрываться обратным выбросом напряжения. В результате на обмотках двигателя присутствуют лишь кратковременные импульсы напряжения длительностью ~300 мкс, достаточные для поддержания вращения двигателя на холостом ходу. Двигатель продолжает вращаться, а электропотребление значительно снижается по сравнению с обычным режимом холостого хода.

При появлении нагрузки или замедлении вращения двигателя возрастает ток, потребляемый двигателем. Снижается сопротивление обмоток двигателя, шунтирующее конденсаторы. В результате этого снижается и напряжение заряда конденсатора. Напряжение на конденсаторе уже не может достичь уровня сетевого. Тиристоры не закроются. Устройство станет работать как при обычном тиристорном регулировании.

Заявляемое устройство для сварки отвечает требованию "новизна", так как имеет новые признаки:

1) три дополнительные индуктивности, включенные последовательно в цепь каждой фазы статора после тиристоров;

2) три конденсатора, подключенные параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя.

Из существующего уровня техники и технической литературы известны асинхронные двигатели, с индуктивностью в цепи статора и с конденсаторами, подключенными параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя. Но именно применение такого сочетания признаков позволяет получить новое качество устройству - низкое энергопотребление на холостом ходу путем перехода в импульсный режим. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Технический результат заявляемого решения - автоматическое снижение энергопотребления при переходе в режим холостого хода путем автоматического перехода режима устройства в импульсный режим работы. Технический результат достигается тем, что в устройство добавляются три дополнительных индуктивности, включенных последовательно в цепь каждой фазы статора после тиристоров и три конденсатора, подключенных параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя. Дополнительные индуктивности и емкости влияют на переходные процессы при включении тиристоров таким образом, что при малой нагрузке (малом токе потребления двигателем - в режиме холостого хода) выброс обратного напряжения при включении тиристора приводит к его запиранию и в результате - к работе устройства в импульсном режиме, что обеспечивает энергосбережение. При увеличении нагрузки на двигатель возрастает ток, снижаются амплитуда и длительность обратного выброса напряжения и тиристорный регулятор автоматически переходит в режим тиристорного регулирования.

Испытания проводились на лабораторной установке с асинхронным трехфазным двигателем 4А80 В4 УЗ с номинальной мощностью 1,5 кВт, номинальной скоростью вращения 1400 об/мин, номинальным напряжением 380 В. Антипараллельные тиристоры имели марку Т 142-80. Для управления тиристорами использовалась известная схема (Оборудование для дуговой сварки: справочное пособие / Под редакцией В.В. Смирнова. Л.: Энергоатомиздат.Ленинградское отделение, 1986. -656 с: ил.) - [3], стр.393-397. Обязательным требованием к схеме управления является кратковременность импульсов, запускающих тиристоры, что достигается применением импульсных трансформаторов, для формирования управляющих сигналов. Если это условие не будет выполнено, реализация импульсного режима будет невозможна. Дополнительные индуктивности представляли воздушные катушки, намотанные изолированным проводом. Индуктивность каждой катушки составила 0,1 Гн. Дополнительные конденсаторы С типа МБГЧ-1 имели емкость 4 мкФ, номинальное напряжение 500 В. В импульсном режиме амплитуда импульсов достигала 400 В, а длительность - 2 мС.

Уменьшение величины индуктивности L или емкости С может привести к тому, что параметров импульсов станет не достаточно для поддержания вращения на холостом ходу, это вызовет замедление вращения двигателя, рост потребляемого тока и, в результате, переход из импульсного режима в режим обычного тиристорного регулирования.

Потери холостого хода в импульсном режиме составили 15…25 Вт, вместо 60…80 Вт в обычном режиме холостого хода.

Проведенные испытания позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "промышленная применимость".

Источники информации

1. Патент РФ №2032506, МПК B23K 9/00, «Устройство для сварки», авторы: Гуков В., Гуков С.В., бюл. №10 от 10.04.95 г.

2. Патент РФ №2115213, МПК Н02М 5/00 «Тиристорный преобразователь напряжения для регулирования скорости асинхронного двигателя», авторы: Гладышев С.П., Бакин А.А., Гладышев П.С., опубликовано 10.07.1998 г.

3. Оборудование для дуговой сварки: справочное пособие / Под редакцией В.В. Смирнова. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1986. - 656 с.: ил.

Асинхронный двигатель с исключенным режимом холостого хода, состоящий из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, тиристорного регулятора в цепи обмотки статора, отличающийся тем, что в цепь каждой фазы статора последовательно после тиристорного регулятора дополнительно включены три индуктивности и параллельно обмоткам статора асинхронного двигателя подключены три конденсатора, причем дополнительно включенные индуктивности и конденсаторы в режиме холостого хода автоматически переводят устройство в импульсный режим работы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в вентильном электроприводе автономных объектов. Техническим результатом является повышение энергоэффективности за счет оптимизации в режиме пуска и использования режима рекуперативного торможения.

Инверторное устройство и способ управления инвертором // 2533167

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления инверторным устройством. Техническим результатом является увеличение срока службы переключающих элементов.

Способ и устройство цифровой обработки сигналов импульсного датчика перемещения ротора электродвигателя-энкодера // 2532673

Группа изобретений относится к способу и устройству цифровой обработки сигналов импульсного датчика перемещения ротора электродвигателя-энкодера, которые могут быть использованы в электроприводе, в частности тяговом электроприводе транспортных средств различного вида и назначения.

Способ и устройство для запуска электродвигателя // 2532532

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для запуска электродвигателя. Техническим результатом является повышение надежности запуска электродвигателя в отсутствие сведений о начальном положениии ротора.

Устройство управления электромагнитным моментом двухфазного двигателя переменного тока // 2532528

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электромагнитным моментом асинхронного двухфазного двигателя переменного тока с короткозамкнутым ротором.

Электропривод // 2531380

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводе шахтных подъемных машин (ШПМ). Технический результат заключается в снижении пути, проходимого подъемным сосудом в период аварийной остановки ШПМ, повышении межремонтного срока тормозных колодок, а следовательно, и повышении производительности шахтной подъемной установки.

Прямой преобразователь и система с таким прямым преобразователем // 2531358

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования переменного напряжения или тока в переменное напряжение или ток без промежуточного пеобразования в постоянное напряжение или ток.

Система и способ динамического регулирования активной мощности на нагрузке // 2528621

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах переменного тока. Техническим результатом является минимизация входной мощности электродвигателя и достижение дополнительного энергосбережения при сохранении условия стабильного функционирования электродвигателя.

Электропривод переменного тока // 2528612

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемым электроприводам переменного тока. Технический результат заключается в уменьшении тока статора, обеспечивающего заданный момент двигателя, упрощении и повышении работоспособности устройства.

Система управления подавлением вибрации для электроприводного транспортного средства и способ подавления вибрации для него // 2527916

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано в электроприводном транспортном средстве для подавления вибраций. Технический результат - подавление или демпфирование неожиданных вибраций или толчков во время прерывания в передаче крутящего момента.

Электрическая машина // 2458446

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к электрическим машинам переменного тока широкого применения. .

Асинхронная регулируемая машина // 2380813

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения регулируемых электрических машин переменного тока. .

Асинхронная электрическая машина // 2359391

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к регулируемым электрическим машинам переменного тока. .

Погружной электродвигатель // 2255408

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в погружных электродвигателях. .

Асинхронный герметичный короткозамкнутый электродвигатель и способ его изготовления // 2231895

Изобретение относится к области электротехники, а именно к асинхронным двигателям. .

Асинхронный электродвигатель, объединенный с электронным генератором // 2169982

Изобретение относится к тяговым электроприводам транспортных средств. .

Асинхронная машина // 2161361

Изобретение относится к электротехнике. .

Регулируемый электропривод // 2136101

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для производства электроприводов повышенной надежности и высоким КПД. .

Асинхронный электродвигатель с бесступенчатым регулированием скорости вращения // 2130226

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к области электродвигателестроения, и может найти применение в электроприводах биротативного типа (в приводах двойного вращения).

Ротор асинхронного двигателя // 2077105

Изобретение относится к электротехнике и касается выполнения асинхронных электрических двигателей. .

Охлаждение асинхронного ротора // 2536805

Изобретение относится к короткозамкнутому ротору для асинхронной машины, а также к способу изготовления такого короткозамкнутого ротора. Технический результат заключается в улучшении отвода тепла от короткозамкнутого ротора асинхронной машины.