ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПРИВОД ТОРМОЗА ФОРСИРОВАННОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
ASYNCHRONOUS MOTOR FORCED START ELECTROMAGNETIC BRAKE DRIVE

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве быстродействующего электромагнитного привода тормоза в электродвигателях, требующих быстрого торможения и фиксации вала механизма в электроталях, лифтах, станках и т.д.
Известен электромагнитный привод тормоза форсированного пуска для электродвигателя [RU 69347 U1, МПК Н02К 7/102 (2006.01), опубл. 10.12.2007], содержащий преобразователь частоты, электромагнит, к обмотке которого параллельно подключен первый диод, к катоду которого подключен катод второго диода, анод второго диода связан с преобразователем частоты, который подключен к цепи управления оптронного тиристора, анод которого соединен с однофазной сетью переменного тока, а катод соединен с катодом первого диода. Анод первого диода подключен к преобразователю частоты и к сети переменного тока.
Для этого электромагнитного привода необходим дополнительный источник питания в номинальном режиме работы и управляемый ключ.
Известен электромагнитный привод тормоза форсированного пуска асинхронного двигателя [Баранов П.Р., Дементьев Ю.Н., Однокопылов И.Г. Математическая модель асинхронного двигателя со встроенным электромагнитным приводом тормозного устройства / Известия Томского политехнического университета, Том 309, №1. Томск: Изд-во ТПУ, 2006. С. 159-163. Рис. 2], выбранный в качестве прототипа. У трехфазной обмотки статора электродвигателя начала фаз выведены на клеммы коробки выводов и соединены с источником переменного напряжения (сетью). Одна из фаз обмотки статора подключена к сети через последовательно включенные однофазный мостовой выпрямитель и обмотку электромагнитного привода тормоза. Концы фаз асинхронного двигателя на статоре соединены в одну точку - «звезда», изолированы и закреплены на лобовой части обмотки статора и на клеммы коробки выводов не выводятся. Такое использование коробки выводов с тремя клеммами, подключенными к началам фаз соответствующих обмоток, является характерной чертой конструкции асинхронных двигателей малой и средней мощности.
К недостаткам следует отнести использование достаточно серьезной изоляции в электромагнитном приводе: между корпусом силовых диодов и радиаторами однофазного мостового выпрямителя; между магнитопроводом и обмоткой электромагнитного привода, испытывающей также значительные электродинамические усилия при включении. Толщина изоляции существенно влияет на интенсивность охлаждения электротехнических элементов и на надежность изделия. Выбор толщины изоляции зависит от величины приложенного напряжения. Между корпусом электродвигателя и элементами электромагнитного привода приложено относительно высокое фазное напряжение сети. Следовательно, для данного устройства необходимо использовать большую толщину изоляции, это связано с перегревом обмотки и элементов мостового выпрямителя, а значит, с невысоким сроком службы и надежности изделия в целом.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и срока службы электромагнитного привода тормоза асинхронного двигателя.
Предложенный электромагнитный привод тормоза форсированного пуска асинхронного двигателя, также как в прототипе содержит однофазный мостовой выпрямитель, трехфазная обмотка статора асинхронного двигателя соединена в звезду, начала фаз обмотки выведены на клеммы коробки выводов для подсоединения к трехфазному источнику переменного напряжения, причем последовательно с одной из фаз обмотки подключен однофазный мостовой выпрямитель с обмоткой электромагнитного привода.
Согласно изобретению три конца трехфазной обмотки статора выведены на клеммы коробки выводов. Вход однофазного мостового выпрямителя подключен к двум клеммам концов фаз, а третья клемма замкнута накоротко с одной из клемм концов фаз, образуя соединение «звезда».
Использование шести выводов обмотки статора, размещенных на клеммах коробки выводов асинхронного двигателя и соединенных предложенным образом с электромагнитным приводом и однофазным мостовым выпрямителем, обеспечивают надежную и долговечную работу электромагнитного привода за счет питания их пониженным напряжением относительно сети питания асинхронного двигателя.
На фиг. 1 представлена схема электрическая принципиальная электромагнитного привода тормоза асинхронного двигателя.
Электромагнитный привод тормоза имеет гальваническую связь с трехфазной обмоткой статора 1 (ОС) асинхронного двигателя, к клеммам начала фаз обмотки статора 1 (ОС) подключен источник трехфазного напряжения через выключатель 2 (В). Концы соответствующих фаз обмотки статора 3, 4, 5 выведены на клеммы панели коробки выводов. Причем к клеммам конца фаз 3 и 4 подключен вход однофазного мостового выпрямителя 6 (MB). Клеммы 7 и 8 выхода однофазного мостового выпрямителя подключены к выводам катушки электромагнитного привода 9 (ЭМ) тормозного устройства. Выходной конец третьей фазы 5 обмотки статора замкнут накоротко с концом фазы обмотки 4, образуя схему соединения «звезда».
Конструктивно подпружиненный якорь электромагнитного привода механически связан с неподвижной конструкцией статора. Диск с фрикционными накладками тормозного устройства размещен на шлицах вала ротора 10 (М) и выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении.
Электромагнитный привод тормоза работает следующим образом.
В нерабочем состоянии асинхронного двигателя якорь электромагнитного привода под действием пружин фиксирует тормозной диск, а значит и вал ротора 10 (М), с неподвижной конструкцией статора.
При включении выключателя 2 (В) трехфазное напряжение подается на обмотку статора 1 (ОС) асинхронного двигателя и через однофазный мостовой выпрямитель 6 (MB) подается на обмотку электромагнитного привода 9 (ЭМ). В первый момент по обмоткам течет пусковой ток, который превышает в 4…7 раз его номинальное значение. Электромагнитный привод 9 (ЭМ) форсировано срабатывает, подпружиненный якорь, двигаясь в осевом направлении, освобождает тормозной диск, а значит и вал электродвигателя. Ротор 10 (М) разгоняется под действием крутящего момента, ток обмотки статора 1 (ОС) и электромагнитного привода 9 (ЭМ) снижается до номинальной величины. При этом величина тока электромагнитного привода 9 (ЭМ) достаточна для удержания подпружиненного якоря в притянутом положении на весь рабочий цикл работы асинхронного двигателя.
При отключении выключателя 2 (В) обмотки статора 1 (ОС) обесточиваются, в электромагнитном приводе 9 (ЭМ) и мостовом выпрямителе 6 (MB) устанавливается затухающий ток под действием ЭДС самоиндукции. При снижении тока до величины, при которой усилие будет недостаточной для преодоления усилия противодействующих пружин и удержания якоря в притянутом положении, якорь начинает движение и прижимает тормозной диск с фрикционными накладками к неподвижной детали статора, ротор 10 (М) затормаживается и фиксируется.
По сравнению с прототипом, также использующим форсированное включение электромагнитного привода пусковыми токами, представленное устройство обладает существенными преимуществами. Напряжение, приложенное к обмотке электромагнитного привода, многократно ниже номинального фазного напряжения (в прототипе эти напряжения практически равны). Напряжение между корпусами элементов мостового выпрямителя 6 (MB) и заземленным корпусом электродвигателя также существенно ниже фазного. Это позволяет использовать изоляцию между корпусом электродвигателя и корпусами элементов мостового выпрямителя значительно тоньше, а значит эффективнее охлаждать элементы. В совокупности, снижение рабочего напряжения на мостовом выпрямителе 6 (MB) и обмотке электромагнитного привода 9 (ЭМ) при прочих равных условиях позволяет повысить срок службы, надежность.
В опытном образце электромагнитного привода тормоза форсированного пуска асинхронного двигателя с номинальным линейным напряжением 380 В (фазное - соответственно 220 В) проведено измерение электрических параметров электромагнитного привода, собранного по приведенной схеме. Получены следующие результаты: действующее напряжение между корпусами элементов мостового выпрямителя, обмоткой электромагнитного привода и заземленным корпусом электродвигателя составило 28 B, среднее напряжение, приложенное к обмотке электромагнитного привода, составило 4 B в установившемся режиме.
Аналогичные напряжения относительно корпуса электродвигателя в прототипе составляют приблизительно 220 вольт, что подтверждает существенные преимущества предлагаемого устройства.