устройство управления синхронным двигателем

Формула изобретения

Устройство управления синхронным электродвигателем, содержащее основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, первые выводы которых присоединены через выключатели к трехфазному источнику электроэнергии, вторые выводы основной обмотки соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый выключатель - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго выключателя и резистора, к выводам переменного тока выпрямителя через выключатель подключен дроссель, отличающееся тем, что дроссель и его выключатель выполнены однофазными.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам управления пуском синхронных двигателей, а более конкретно к устройствам синхронизации синхронных двигателей с двойной якорной обмоткой.

Синхронные двигатели с несколькими обмотками на статоре находят применение в приводе турбомеханизмов. Известен синхронный двигатель по авторскому свидетельству СССР №1694038, Н02К 19/12, 1995 г. К недостаткам этого двигателя следует отнести наличие двух выпрямительных устройств, и трех трехфазных обмоток в пазах статора, сдвинутых в пространстве машины на определенный угол, что, как следствие, повышает массогабаритные показатели и усложняет конструкцию и эксплуатацию двигателя.

Известен синхронный двигатель по авторскому свидетельству СССР №688964 «Синхронная электрическая машина», Н02К 19/12, 1979 г. Это устройство содержит основную и дополнительную трехфазные статорное обмотки, вторые выводы первой из которых соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, вывод переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый ключ - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго ключа и резистора.

Наиболее близким к заявленному устройству является синхронный двигатель по патенту RU №2271601 C1, H02P 1/50, Н02К 17/26, Н02К 19/14, 10.03.2006, Бюл. №7, принятое за прототип. Устройство управления синхронного электродвигателя содержит основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, первые выводы которых присоединены через выключатели к трехфазному источнику электроэнергии, вторые выводы основной обмотки соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый выключатель - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго выключателя и резистора, к выводам переменного тока выпрямителя через выключатель подключен трехфазный дроссель.

Как показал опыт практического применения указанного двигателя на объектах Краснодарского края, его недостатком является необходимость в использовании трехфазного дросселя и трехфазного коммутационного аппарата, что усложняет устройство управления двигателем и снижает его надежность.

Технической задачей является повышение надежности двигателя и упрощение устройства управления.

Решение задачи достигается тем, устройство управления синхронного электродвигателя, содержащего основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, первые выводы которых присоединены через выключатели к трехфазному источнику электроэнергии, вторые выводы основной обмотки соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый выключатель - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго выключателя и резистора, к выводам переменного тока выпрямителя через собственный выключатель подключен дроссель, причем дроссель и его выключатель выполнены однофазными.

Новизна заявленного устройства обусловлена рядом обстоятельств:

- включение в электрическую цепь двигателя однофазного дросселя вызывает несимметрию токов обмоток статора. Наряду со снижением степени компаундирования устройства возбуждения несимметрия токов является дополнительным фактором повышения надежности вхождения синхронного двигателя в синхронизм при включении обмотки возбуждения;

- упрощение устройства управления двигателем достигается тем, что однофазный дроссель выполняется с одной обмоткой вместо трехфазных обмоток у трехфазного, и сердечник однофазного дросселя имеет более простую конструкцию. В сравнении с групповым трехфазным дросселем число элементов однофазного дросселя уменьшается в три раза, соответственно упрощая и удешевляя двигатель;

- другим фактором упрощения устройства управления двигателем является использование только одной контактной пары выключателя дросселя, что позволяет отказаться от использования отдельного выключателя для управления дросселем и использовать один выключатель с двумя контактными парами для управления резистором в цепи обмотки возбуждения и дросселем;

- уменьшение числа элементов конструкции дросселя увеличивает его конструктивную надежность и надежность всего двигателя.

По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям «изобретательский уровень» и «новизна». Заявляемое решение может быть реализовано в электроприводе турбомеханизмов и других устройств, что отвечает критерию «промышленная применимость».

На чертеже представлена принципиальная схема соединения обмоток и устройств управления синхронного двигателя.

Через выключатели 1 и 2 статорные обмотки двигателя, выполненные как две ветви 3 и 4, присоединяются к трехфазному источнику электроэнергии. Обмотка 3 соединена звездой, а обмотка 4 включена как проходная последовательно с выпрямителем 5 и обмоткой возбуждения 6, расположенной на роторе. Выключатели 7, 8 и резистор 9 предназначены для управления обмоткой возбуждения 6 при пуске и синхронизации. На вход выпрямителя 5 через выключатель 10 подключен дроссель 11. Двигатель имеет на роторе пусковую обмотку традиционной конструкции в виде беличьего колеса (на чертеже эта обмотка не показана). На чертеже в качестве примера представлены контактные выключатели, хотя выключатели могут быть и бесконтактными, выполняющими аналогичные функции.

В установившемся режиме синхронный двигатель работает следующим образом. Выключатели 1, 2 и 7 находятся в закрытом (проводящем) состоянии, а выключатели 8 и 10 - в открытом (не проводящем). Обмотки статора 3, 4 и возбуждения 6 обтекаются токами, причем ток возбуждения является выпрямленным током статорной обмотки 4. Токи обмоток 3 и 4 создают вращающееся магнитное поле, которое, будучи сцепленным с магнитным полем обмотки возбуждения, вращает ротор. При изменении механической нагрузки двигателя происходит изменение тока в статорных обмотках 3 и 4 и вследствие указанной зависимости токов обмоток 4 и 6 изменяется и ток возбуждения, реализуя тем самым автоматическое регулирование возбуждения (АРВ). При этом заданный закон АРВ обеспечивается параметрами всех трех обмоток 3, 4 и 6, которые оптимизируются по указанному критерию.

Пуск и синхронизация двигателя производятся следующим образом. Предварительно контакты выключателей приводятся в положение, указанное на чертеже, т.е. контакты выключателей 1, 2 и 7 находятся в открытом состоянии, контакты выключателей 8 и 10 - в закрытом. Обмотка возбуждения отключена от выпрямителя 5 и включена на разрядный резистор 9. Для прямого асинхронного пуска двигателя контакты выключателя 1 замыкаются, в результате чего по обмотке статора 3 протекает пусковой ток, который создает в двигателе вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле увлекает за собой ротор, реализуя известный асинхронный пуск. Двигатель разгоняется до подсинхронной скорости (скольжение s=2...5%). Далее, для совершения синхронизации двигателя замыкаются контакты выключателей 2 и 7 в обмотках статора 4 и возбуждения 6 протекают токи, причем часть тока обмотки 4 ответвляется в дроссель 11, другая часть после выпрямителя ответвляется в цепь резистора 9, а оставшаяся часть составляет ток обмотки возбуждения 6 и создает магнитный поток возбуждения, заставляющий ротор двигателя втягиваться в синхронизм, сцепляясь своими силовыми линиями с силовыми линиями вращающегося магнитного поля, создаваемого токами трехфазных обмоток 3 и 4. Включение однофазного дросселя 11 вызывает несимметрию токов в обмотке статора 4, что повышает надежность синхронизации (т.е. вероятность успешного втягивания двигателя в синхронизм), поскольку эффективнее снижает степень компаундирования устройства возбуждения в сравнении с симметричным трехфазным током. После синхронизации двигателя контакты выключателей 8 и 10 размыкаются и двигатель переходит в установившийся режим работы. Контакты 8 и 10 переключаются одновременно и могут принадлежать одному выключателю.