Устройство для торможения асинхронного двигателя
Владельцы патента RU 2489796:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Устройство для торможения асинхронного двигателя предназначено для применения в электроприводах, требующих быстрого и надежного останова и фиксации механизма в отключенном состоянии. Устройство содержит трехфазную сеть с нулевым проводом, асинхронный двигатель с фазными обмотками, конденсатор подключен между концом первой фазной обмотки асинхронного двигателя и нулевым проводом, коммутационный элемент с блоком управления и катушка механического тормоза подключены последовательно между концом первой фазной обмотки и объединенным зажимом концов второй и третьей фазных обмоток. Устройство обеспечивает технический результат - повышение надежности и расширение функциональных возможностей, что достигается возможностью фиксации положения механизма после его отключения от сети. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в электроприводах, требующими быстрого и надежного останова и наличия тормозного момента в обесточенном состоянии двигателя, например, в приводах грузоподъемных механизмов, в приводах транспортных средств, подвергающимся ударам, вибрациям, в станочных приводах и т.д.
Известно устройство для торможения асинхронного двигателя (А.С. СССР №1676051, кл. Н02Р 3/26, 1991 г.), включающее трехфазный асинхронный двигатель, начала статорных обмоток которого подсоединены к трехфазной сети посредством коммутационных элементов, механический тормоз с катушкой, конденсатор. К недостаткам известного устройства, относится недостаточная эффективность тормозного режима, что объясняется узким диапазоном действия конденсаторного торможения, а так же его импульсным, а не плавным действием.
Известен также электропривод с торможением способом противовключения (А.С. СССР №1758817, кл. Н02Р 3/20, 1992 г.), 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, малая надежность, которая объясняется необходимостью системы контроля за скоростью двигателя с целью исключения реверса после окончания процесса торможения, а также отсутствие фиксирующего тормозного момента в обесточенном состоянии двигателя.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является, выбранное в качестве прототипа устройство для торможения асинхронного двигателя, содержащее трехфазную сеть с нулевым проводом, асинхронный двигатель с тремя фазными обмотками, начала которых подсоединены к трем фазам сети посредством трехфазного коммутационного элемента, катушку механического тормоза, первый вывод которой подключен к нулевому проводу источника питания, а второй вывод к первому выводу конденсатора, второй вывод которого соединен с концом первой фазной обмотки двигателя. Между концом первой фазной обмотки и объединенным зажимом концов второй и третьей обмоток подключен однофазный коммутационный элемент с блоком управления.
Недостатком прототипа является то, что в известном устройстве при отключении двигателя от сети одновременно отключается катушка механического тормоза, что снижает надежность и безопасность при его эксплуатации, т.к. может привести, например, к падению груза в грузоподъемных механизмах, недопустимому смещению элементов привода на транспортных средствах и т.д. Это в свою очередь ограничивает область целесообразного применения известного устройства только электроприводами, не требующими фиксации положения механизма после его отключения.
Технический результат - повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства, что достигается в предлагаемом устройстве возможностью фиксации положения механизма после его отключения от сети.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что устройство для торможения асинхронного двигателя, содержит трехфазную сеть с нулевым проводом, асинхронный двигатель с тремя фазными обмотками, начала которых подсоединены к трем фазам сети посредством трехфазного коммутационного элемента, конденсатор, первый вывод которого соединен с концом первой фазной обмотки асинхронного двигателя, однофазный коммутационный элемент с блоком управления, первый вывод которого подключен к объединенному зажиму концов второй и третьей фазных обмоток, второй вывод конденсатора подключен к нулевому проводу сети, второй вывод однофазного коммутационного элемента подключен к первому выводу катушки механического тормоза, а второй вывод катушки механического тормоза подключен к концу первой фазной обмотки.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом, на котором изображено устройство для торможения асинхронного двигателя, которое содержит трехфазный асинхронный двигатель с фазными обмотками: 1 - первая обмотка, 2 - вторая обмотка, 3 - третья обмотка, начала которых подсоединены к трехфазной сети А, В, С посредством трехфазного коммутационного элемента 4, например, трех контактов магнитного пускателя, конденсатор 5, первый вывод которого соединен с концом первой фазной обмотки 1, а второй вывод конденсатора подключен к нулевому проводу источника питания 0, катушка механического тормоза 6 и коммутационный элемент, выполненный в виде симистора 7 со стандартным блоком фазового управления 8, подключены последовательно между концом фазной обмотки 1 и объединенным зажимом концов второй и третьей фазных обмоток 2 и 3. При запитанной катушке механического тормоза 6 механический тормоз является расторможенным, а при отсутствии тока в катушке затормаживается под действием упругих элементов - пружин. Величина тормозного момента от механического тормоза выбирается больше пускового момента двигателя. Использование в качестве коммутационного элемента симистора 7 с блоком управления 8, а, например, не контактов реле, объясняется тем, что отключение симистора после снятия управляемого сигнала с блока 8 происходит не мгновенно, а только при прохождении тока в коммутируемой цепи через нуль, что исключает появление переходных всплесков токов, а следовательно, и ударных моментов, характерных для ключевых контактов, момент срабатывания которых случаен и сопровождается дугой, переходными электромагнитными процессами, что затрудняет их использование в приводах, требующих плавного перехода к режиму противовключения и не допускающих ударных моментов и рывков.
Работа устройства осуществляется следующим образом:
В исходном рабочем положении обмотки двигателя 1, 2, 3 подключены к трехфазной сети посредством трехфазного коммутационного элемента 4, симистор 7 замкнут и двигатель работает в обычном трехфазном режиме, при этом обмотки 1, 2, 3 соединены в звезду с зануленной через конденсатор 7 нейтралью. В этом случае, можно считать, что ток, идущий через катушку механического тормоза 6 равен номинальному току, и катушка механического тормоза 6 расторможена. При команде с блока 8 на торможение, симистор 7 открывается и двигатель переходит в режим двухфазного, в котором фазные обмотки 2 и 3 подключены на линейное напряжение UAB, а фазная обмотка 1 вместе с последовательно соединенным конденсатором 5 подключена к фазному напряжению UCO. Наличие конденсатора 5 (при правильно выбранной величине емкости) меняет фазу тока в обмотке 1, что меняет порядок чередования фаз обмоток и обеспечивает режим противовключения. Применение в качестве коммутационного элемента симистора 7 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, дополнительно к торможению противовключением добавляется механическое торможение, которое значительно сокращает время тормозного режима. Время срабатывания механического тормоза регулируется известными способами, например, электрическим демпфированием.
В связи с тем, что тормозной момент механического тормоза превышает пусковой момент асинхронного двигателя, последний останавливается при прохождении частоты вращения через нуль, т.е. без применения датчика скорости исключается реверс двигателя от момента противовключения.
При завершении работы устройства посредством трехфазного коммутационного элемента 4 асинхронный двигатель отключается от сети.
После останова для повторного запуска асинхронного двигателя необходимо посредством трехфазного коммутационного элемента 4 подключить асинхронный двигатель и посредством блока 8 открыть симистор 7, механический тормоз с катушкой 6 растормаживается, и асинхронный двигатель переходит в рабочий трехфазный режим и разгоняется до заданной частоты вращения.
С целью увеличения тормозного момента в предлагаемом устройстве наиболее целесообразно применять асинхронные двигатели, имеющие мягкую механическую характеристику, т.к. это обеспечивает наибольший момент противовключения при малых токах. Такие характеристики имеют, например, асинхронные двигатели с двойной беличьей клеткой или с массивным ротором.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий: средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в электроприводах, требующими быстрого и надежного останова и наличия тормозного момента в обесточенном состоянии двигателя, например, в приводах грузоподъемных механизмов, в приводах транспортных средств, подвергающимся ударам, вибрациям, в станочных приводах и т.д.
Устройство для торможения асинхронного двигателя, содержащее трехфазную сеть с нулевым проводом, асинхронный двигатель с тремя фазными обмотками, начала которых подсоединены к трем фазам сети посредством трехфазного коммутационного элемента, конденсатор, первый вывод которого соединен с концом первой фазной обмотки асинхронного двигателя, однофазный коммутационный элемент с блоком управления, первый вывод которого подключен к объединенному зажиму концов второй и третьей фазных обмоток, катушка механического тормоза, отличающееся тем, что второй вывод конденсатора подключен к нулевому проводу, второй вывод однофазного коммутационного элемента подключен к первому выводу катушки механического тормоза, а второй вывод катушки механического тормоза подключен к концу первой фазной обмотки.
