Способ ограничения вихревых токов в разомкнутом магнитопроводе индуктора с 3-х фазной обмоткой переменного тока и устройство для его реализации
Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении к.п.д. В разомкнутом магнитопроводе с 3-хфазной обмоткой переменного тока при подходе волны максимума суммы магнитных полей 3-х фазной обмотки к краю магнитопровода, в котором фазы сдвинуты вдоль индуктора между собой на 120 градусов, а обмотки 3-х фазного напряжения источника питания сдвинуты между собой на 120 градусов, наводятся вихревые токи, преобразующиеся в тепло, что резко понижает к.п.д. электрической установки и требует дополнительных мер по охлаждению. Предлагается на время превышения амплитуды суммарного максимума магнитных полей 3-х фаз над порогом ограничения через электрическую схему управлении с помощью магнитных датчиков на участке схода движущегося периодически магнитного потока размыкать и замыкать 3-х фазные обмотки электронными двухсторонними ключами. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Известно, что электросварка основана на эффекте дуги, возникающей в месте контактного разрыва тока между электродом и электропроводящим материалом, в котором электромагнитная энергия преобразуется в тепловую, вызывая расплавление электрода. В линейных асинхронных (синхронных) электродвигателях (ЛАД), имеющих индуктор с разомкнутым магнитопроводом с 3-х фазной обмоткой переменного тока, фазы которой сдвинуты относительно друг друга в пространстве, а фазы напряжения источника питания сдвинуты во времени, возникает магнитное поле в котором суммарный максимум магнитных потоков 3-х фазной обмотки Фмакс, двигаясь с одного края разомкнутого магнитопровода до другого периодически сходит и вновь появляется на противоположном краю магнитопровода. Процесс исчезновения Фмакс на краю разомкнутого магнитопровода связан с возникновением вихревых магнитных потоков, создающих греющие потери, т.е. преобразуют подобно сварке электромагнитную энергию в тепловую.
Очевидно, что радикальным решением для ограничения вихревых магнитных потоков является кратковременное периодическое обесточивание обмоток индуктора вовремя схода Фмакс с края разомкнутого магнитопровода либо путем размыкания соединений фаз (при схеме соединений в треугольник), либо отключением обмоток (с соединением фаз по схеме «звезда») от источника питания с последующим восстановлением режима к моменту появления новой волны Фмакс следующего периода синусоид напряжения фаз источника питания. При частоте питания f=50 Гц длительность периода движения магнитного потока составляет Т=0,02 с, поэтому коммутацию можно осуществить только с помощью бесконтактных электронных (электромагнитных) двухсторонних ключей, а в качестве управляющих элементов использовать магнитные датчики Холла. В случае необходимости реверсирования движения магнитного поля в индукторе датчики нужно устанавливать на обоих краях разомкнутого магнитопровода, а в электрической схеме управления обеспечить их взаимную блокировку, т.к. датчик при образовании новой волны Фмакс не должен работать. При реверсировании роли датчиков функционально меняются местами.
Очевидно, что для настройки нужного режима, необходимо ввести амплитудный порог ограничения срабатывания датчика по величине Фмакс, причем передним фронтом волны магнитного потока электрическая схема управления осуществляет обесточивание обмоток индуктора, а задним фронтом волны магнитного потока восстанавливает эти соединения.
На Фиг. 1 и Фиг. 2 изображены: электросхема управления и регулирования электропривода, контактная электросхема соединений реверсивного электропривода с индуктором, имеющим разомкнутый магнитопровод, при питании от сети автономного источника и на фигурах обозначено:
1 - - магнитный пускатель (управление движения «вперед»);
2 - - магнитный пускатель («управление движения «назад»);
1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.2, 2.3 силовые контакты соответственно пускателей 1 и 2;
1.4, 1.5, 1.6, 2.7, 2.8, 2.9 - блок-контакты пускателей 1 и 2;
3 - блок отсечки опорного порога напряжения сигнала управления;
4 - регулятор порога опорного напряжения;
5 - магнитный датчик Холла «вперед»;
6 - магнитный датчик Холла «назад»;
7 - сумматор сигналов управления;
8, 9, 10 - фазные обмотки трехфазного разомкнутого магнитопровода индуктора;
11.1 - пусковая кнопка «вперед»;
11.2 - пусковая кнопка «назад»;
11.3 - пусковая кнопка «стоп»;
12 - выход сумматора 7 с тактовым периодом Т волны магнитного потока;
13.1, 13.2 - электронные двухсторонние ключи;
15 - преобразователь частоты питания индуктора (инвертор);
16 - индуктор с трехфазный обмоткой на разомкнутом магнитопроводе.
21.1, 21.2, 21.3 - фазы 3-х фазного напряжения источника питания;
На Фиг. 3 изображены:
синусоиды А, В, С магнитных полей 3-х фаз обмоток 8, 9,10 индуктора 16;
17.1, 17.2 - место установки магнитных датчиков Холла 5 и 6;
18 - схема направления движения «вперед» и «назад» волны максимума суммарных магнитных потоков 3-х фаз обмоток 8, 9, 10 индуктора 16:
19 - суммарный максимум волн магнитных потоков фаз индуктора (Ф - магнитный поток, Вб);
20 - порог ограничения опорного сигнала;
Схема работает следующим образом:
При нажатии 11.1 (кнопкой «вперед») пускатель 1, включает контактами 1.1, 1.2, 1.3 обмотки 8, 9, 10 фаз индуктора 16 в сеть (источник питания 15) и контактом 1.6 замыкает цепь входа в сумматор 7 от датчика 5, установленного на краю индуктора магнитопровода 16, от которого идет волна 19 - Фмакс при движении 18 «вперед».
При включении кнопкой 11.2 пускателя 2 «назад» контактами 2.2, 2.3, две фазы 9, 10 обмотки магнитопровода 16 переключаются в источнике 15, а контакт 2.8 пускателя 2 одновременно отключает пускатель 1, который контактом 1.6 отключает выход датчика 5 к сумматору 7, пускатель 2 подключает блок контактом 2.9 сигнал датчика 6 к сумматору 7.
В течении всего времени Т движения 18 («вперед» или «назад») периодически отключаются - включаются электронные ключи 13.1 и 13.2 в обмотках фаз индуктора 16 и работает один из двух магнитных датчиков 5 или 6 в зависимости от направления движения 18 («вперед» или «назад»).
Порог срабатывания 20 в сумматоре 7 устанавливается изменением величины отрицательного опорного напряжения блока отсечки 3 регулятором 4.
Когда сигнал от магнитных датчиков 5 или 6 преодолевает порог 20, тогда передний фронт 19 волны Фмакс через электронную схему управления сумматора 7 отключает через выход 12 входы управления электронных ключей 13.1 и 13.2, а при выходе Фмакс, - задним фронтом волны 19 восстанавливает питание обмоток 8, 9, 10 индуктора 16. Процесс повторяется в каждый новый период Т движения волны 19 максимума Фмакс суммы магнитных полей фаз индуктора 16.
1. Способ ограничения вихревых токов в разомкнутом магнитопроводе индуктора с 3-х фазной обмоткой переменного тока, фазы которых сдвинуты в пространстве, а синусоиды напряжения источника питания сдвинуты во времени, отличающийся тем, что при подходе волны движущегося суммарного максимума магнитных потоков трех фаз к краю разомкнутого магнитопровода обмотки индуктора размыкают электрическую схему соединений обмоток передним фронтом волны максимума, а задним фронтом волны максимума замыкают схему электрических соединений, причем процесс повторяют периодически с каждой новой волной этого максимума
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при схеме соединений обмоток «звезда» в двух фазах обмотки индуктора, а при схеме соединений обмоток «треугольник» в каждой фазе установлены двухсторонние электронные ключи, к входам управления каждого из которых подключен выход электронного сумматора, один из входов которого соединен с выходом блока ограничения, а один из двух других входов через нормально открытый блок-контакт магнитного пускателя направления движения «вперед» сумматора соединен с выходом магнитного датчика Холла «вперед», а другой вход сумматора через нормально открытый блок-контакт магнитного пускателя направления движения «назад» соединен с выходом магнитного датчика Холла «назад», причем магнитные датчики Холла устанавливают: один - на одном краю разомкнутого магнитопровода, а другой магнитный датчик Холла - на противоположном краю разомкнутого магнитопровода.
