устройство для торможения асинхронного двигателя

Формула изобретения

Устройство для торможения асинхронного двигателя, содержащее трехфазный асинхронный двигатель, начала фазных обмоток которого подсоединены к трехфазной сети посредством первого, второго и третьего коммутационных элементов, механический тормоз с катушкой, первый вывод которой подключен к "нулю" источника питания, и конденсатор, отличающееся тем, что первый вывод конденсатора соединен с концом первой фазной обмотки двигателя, а второй вывод - с вторым выводом катушки механического тормоза, кроме того, между концом первой фазной обмотки и объединенным зажимом концов второй и третьей обмоток подключен четвертый коммутационный элемент с блоком управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в электроприводах с большими моментами инерции, требующими быстрого останова, например, в перемоточных лентопротяжных механизмах, в приводах центрифуг и т.д.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении эффективности торможения.

Известен асинхронный двигатель с электромагнитным механическим тормозом, включенным параллельно одной из фазных обмоток {1}. Недостатком аналога является малая надежность, что объясняется повышенным износом фрикционных элементов механического тормоза на высоких частотах вращения двигателя, что затрудняет использование в высокоскоростных электроприводах с большим моментом инерции.

Известен также электропривод с торможением способом противовключения {2} , 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, а также малая надежность, которая объясняется необходимостью контроля за скоростью двигателя с целью исключения реверса после окончания процесса торможения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа устройство для торможения асинхронного двигателя { 3} , которое содержит трехфазный асинхронный двигатель, начала статорных обмоток которого подсоединены к трехфазной сети посредством первого, второго и третьего контактов пускателя, блок торможения, который включает реле, диод, конденсаторы, резисторы, механический тормоз, катушка которого подключена между фазой и нулевым проводом сети.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: трехфазный асинхронный двигатель, начала фазных обмоток которого подсоединены к трехфазной сети посредством первого, второго и третьего коммутационных элементов, механический тормоз с катушкой, первый вывод которой подключен к нулю источника питания и конденсатор.

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность тормозного режима, что объясняется узким диапазоном действия конденсаторного торможения, а также его импульсным, а не плавным действием.

Цель изобретения - повышение эффективности тормозного режима за счет использования на первой ступени торможения режима противовключения.

Для достижения поставленной цели заявляемое изобретение - устройство для торможения асинхронного двигателя содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение, связанное с целью изобретения задачи: трехфазный асинхронный двигатель, начала фазных обмоток которого подсоединены к трехфазной сети посредством первого, второго и третьего коммутационных элементов, механический тормоз с катушкой, первый вывод которой подключен к нулю источника питания и конденсатор, первый вывод конденсатора соединен с концом первой фазной обмотки двигателя, а второй вывод конденсатора соединен со вторым выводом катушки механического тормоза. Между концом первой фазной обмотки и объединенным зажимом концов второй и третьей обмоток подключен четвертый коммутационный элемент с блоком управления.

По отношению к прототипу у заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки: первый вывод конденсатора соединен с концом первой фазной обмотки двигателя, а второй вывод конденсатора соединен со вторым выводом катушки механического тормоза, кроме того между концом первой фазной обмотки и объединенным зажимом концов второй и третьей обмоток подключен четвертый коммутационный элемент с блоком управления.

Наиболее целесообразным исполнением коммутационных элементов для подключения статорных обмоток к сети являются силовые контакты магнитного пускателя. В качестве четвертого коммутационного элемента, подключенного между обмотками двигателя является симистор со стандартным блоком фазового управления.

Перечисленные выше отличительные признаки вместе со сходными признаками прототипа обеспечивают работоспособность устройства с достижением технического результата - повышением эффективности тормозного режима.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь: подключение конденсатора в нулевой провод последовательно с катушкой механического тормоза, а также подключение коммутационного элемента с блоком управления между концом первой фазной обмотки и объединенным зажимом концов второй и третьей обмоток обеспечивает достаточно простым способом двухступенчатое комбинированное торможение: торможение противовключением и механического торможения, что повышает эффективность тормозного режима.

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 из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупность 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, требующих быстрого останова механизмов с большими моментами инерции, с получением технического результата, заключающегося в обеспечении двухступенчатого торможения, включающего противовключения и механического торможения, обуславливающего обеспечение достижения поставленной цели - повышение эффективности тормозного режима, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображена электрическая схема.

Заявляемое согласно формулы изобретения устройство для торможения асинхронного двигателя содержит трехфазный асинхронный двигатель с фазными обмотками 1 - первая обмотка, 2 - вторая обмотка, 3 - третья обмотка, начала которых подсоединены к трехфазной сети посредством первого - 4, второго - 5 и третьего - 6 коммутационных элементов, механический тормоз с катушкой 7, первый вывод которого подсоединен к нулю источника питания, а второй вывод ко второму выводу конденсатора 8, первый вывод которого соединен с концом первой фазной обмотки 1. Между концом первой фазной обмотки 1 и объединенным зажимом концов второй 2 и третьей 3 обмоток подключен четвертый коммутационный элемент, выполненный в виде симистора 9 с блоком управления 10. Механический тормоз 7 при запитанной катушке является заторможенным, а при отсутствии тока в катушке 7 растормаживается под действием упругих элементов - пружин.

Величина тормозного момента от механического тормоза 7 выбирается больше пускового момента двигателя.

Использование в качестве четвертого коммутационного элемента симистора 9 с блоком управления 10, объясняется тем, что переход симистора в непроводящее состояние после снятия управляющего сигнала с блока 10 происходит не мгновенно, а только при прохождении тока в коммутируемой цепи через нуль, что исключает появление переходных токов, а следовательно и ударных моментов, характерных для механических контактов, момент срабатывания которых случаен и сопровождается дугой, переходными электромагнитными процессами, что затрудняет их использование, например, в приводе лентопротяжных механизмов, требующих плавного перехода к режиму противовключения и не допускающих ударных моментов и рывков.

Работает устройство следующим образом.

В исходном рабочем положении обмотки двигателя 1, 2, 3, подключены к трехфазной сети посредством первого, второго и третьего коммутационных элементов 4, 5, 6, симистор 9 находится в проводящем состоянии и двигатель работает в обычном трехфазном режиме, при этом обмотки 1, 2, 3 соединены в звезду с зануленной нейтралью. Предполагая симметрию токов в фазах, можно считать, что ток через нулевой провод практически равен нулю и катушка 7 механического тормоза расторможена.

При команде с блока 10 на торможение симистор 9 переходит в непроводящее состояние, при этом двигатель переходит в режим двухфазного, в котором обмотки 2 и 3 подключены на линейное напряжение U_BC, а обмотка 1 вместе с последовательно соединенными конденсатором 8 и катушкой тормоза 7 подключена к фазному напряжению U_AO. Наличие конденсатора 8 (при правильно выбранной величине емкости) меняет фазу тока в обмотке 1, что меняет порядок чередования фаз обмоток 1, 2, 3 и обеспечивает режим противовключения. Применение в качестве четвертого коммутационного элемента симистора 9 обеспечивает плавный переход от двигательного режима к.режиму противовключения в течение 0,005 - 0,01 сек, т.е. не превышает одного полупериода частоты питающей сети. Через промежуток времени, определяемый временем срабатывания механического тормоза 7, дополнительно к торможению противовключением обеспечивается механическое торможение, которое значительно сокращает время тормозного режима. Время срабатывания тормоза 7 регулируется известными способами, например, электрическим демпфированием.

В связи с тем, что тормозной момент механического тормоза 7 превышает пусковой момент двигателя, последний останавливается при прохождении частоты вращения через нуль, т.е. без применения датчика скорости исключается реверс двигателя от момента противовключения.

В отличие от прототипа, тормозной момент противовключения действует во всем диапазоне частоты вращения, что повышает эффективность торможения.

После останова для повторного запуска двигателя достаточно посредством блока 10 перевести симистор 9 в проводящее состояние, тормоз 7 при этом обесточивается и растормаживается, а двигатель переходит в рабочий трехфазный режим и разгоняется до заданной частоты вращения.

При завершении работы устройства посредством коммутационных элементов 4, 5, 6 двигатель отключается от сети.

Изобретение наиболее эффективно для применения в приводах с асинхронными двигателями, имеющими мягкую механическую характеристику, т.к. это обеспечивает наибольший момент противовключения при малых токах, такие характеристики имеют двигатели с двойной беличьей клеткой или с массивным ротором.

Дополнительными преимуществами предлагаемого устройства являются простота и надежность, т. к. режимы противовключения и механического торможения осуществляются всего одним коммутационным элементом, кроме того, в рабочем режиме катушка тормоза обесточена, что уменьшает потери и повышает КПД всего электропривода.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает эффективное торможение и обладает простотой и надежностью. Испытания макетного образца показали, что заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом имеет более высокую эффективность торможения.

Заявляемое изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР N 1127047, кл. H 02 К 7/106, 1984.

2. Авторское свидетельство СССР N 1758817, кл. H 02 P 3/20, 1992.

3. Авторское свидетельство СССР N 1676051, кл. H 02 P 3//26, 1991.