АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ИСКЛЮЧЕННЫМ РЕЖИМОМ ХОЛОСТОГО ХОДА
ASYNCHRONOUS MOTOR WITH EXCLUDED IDLING

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.