УСТРОЙСТВО ПУСКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
SYNCHRONOUS MOTOR START-UP DEVICE

Изобретение относится к синхронным двигателям, а более конкретно к устройствам управления синхронными двигателями и силовыми блоками «трансформатор-двигатель», и предназначено для использования в приводе турбомеханизмов и иных машин средней мощности, не требующих регулирования частоты вращения.
Синхронные электродвигатели находят широкое применение для привода турбомеханизмов и иных машин. В приводе насосов сельхозмелиорации к ним предъявляются требования максимальной простоты конструкции и эксплуатации и уменьшенной величины пускового тока.
Первому требованию отвечает синхронный двигатель по патенту РФ 2028719 «Синхронный электродвигатель», Н02Р 1/50//Н02К 19/12.
Двигатель содержит основную и дополнительную трехфазные статорное обмотки, вторые выводы первой из которых соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены со 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, трехфазный трехобмоточный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику электроэнергии, а в каждую из вторичных включена одна из обмоток статора электродвигателя. К недостаткам этого двигателя следует отнести применение прямого пуска двигателя при использовании только части статорной обмотки, вследствие чего эта часть обмотки подвергается интенсивному нагреву.
Для снижения пускового тока синхронных двигателей используют разные устройства. Известен автотрансформаторный пуск, когда двигатель подключается к сети через автотрансформатор, снижающий напряжение на двигателе на период асинхронного пуска [Слодарж М.И. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных электродвигателей. М., Энергия, 1977]. Недостатком этого способа пуска синхронного двигателя является высокая стоимость пускового автотрансформатора и аппаратов управления пуском.
Наиболее близким по конструкции к заявляемому является устройство по патенту RU 2271600 С1 Синхронный двигатель (Н02Р 1/50, Н02К 17/26, Н02К 19/14. Опубл. 10.03.2006. Бюл. №7), принятое за прототип.
Устройство содержит синхронный электродвигатель с основной и дополнительной трехфазными статорными обмотками, первые выводы которых в рабочем положении присоединены через коммутаторы к трехфазному трансформатору, первичная обмотка которого подключена к источнику электроэнергии, а вторичная обмотка имеет ответвления для подключения основной и дополнительной статорных обмоток, вторые выводы основной обмотки статора соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, вывод переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя.
Недостатком устройства является большой пусковой ток, способный вызвать колебания напряжения в сети.
Технической задачей является снижение пускового тока блока «трансформатор-двигатель».
Решение задачи достигается тем, что устройство пуска синхронного двигателя в блоке «трансформатор-двигатель», содержащее синхронный электродвигатель с основной и дополнительной трехфазными статорными обмотками, первые выводы которых в рабочем положении присоединены через коммутаторы к трехфазному трансформатору, первичная обмотка которого подключена к источнику электроэнергии, а вторичная обмотка имеет ответвления для подключения основной и дополнительной статорных обмоток, вторые выводы основной обмотки статора соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, вывод переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, содержит коммутатор статорных обмоток двигателя, обеспечивающий их переключение посредством своих контактов на период асинхронного пуска из рабочего положения в схему соединения основной обмотки треугольником и последовательное включение соединенной треугольником обмотки с дополнительной статорной обмоткой.
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 устройства пуска синхронного двигателя в составе блока «трансформатор-двигатель».
Через выключатель 1 трансформатор 2 присоединяется к трехфазному источнику электроэнергии. Вторичная обмотка трансформатора имеет выводы ответвлений 3 и 4, к которым присоединены основная статорная обмотка 5 двигателя и дополнительная статорная обмотка 6 двигателя, причем основная обмотка 5 присоединена к выводам 4 трансформатора 2 через контакты 7 коммутатора. Выходные концы обмотки 6 подключены на вход трехфазного выпрямителя 8 двухполупериодного выпрямления (выпрямительный мост), к выходу которого подключены последовательно включенные контакты 9 коммутатора и обмотка возбуждения двигателя 10. Параллельно обмотке 10 включена цепь из разрядного резистора 11 и контакта 12 коммутатора. Между началами фаз основной обмотки 5 и концами других фаз этой обмотки включены контакты 13 коммутатора; между началами основной обмотки 5 и одноименными концами дополнительной обмотки 6 включены контакты 14 коммутатора; между концами основной обмотки 5 включены контакты 15 коммутатора.
Двигатель в синхронном режиме работает следующим образом. Контакты 1, 7, 9 и 15 коммутатора замкнуты, контакты 12, 13 и 14 разомкнуты. Трансформатор подключен к источнику электроэнергии и обеспечивает на обмотках 5 и 6 синхронного двигателя напряжение, причем на обмотке 5 напряжение выше, чем на обмотке 6 вследствие подключения к разным ответвлениям вторичной обмотки трансформатора 2. Благодаря разному напряжению на выводах 3 и 4 трансформатора, на входе выпрямителя 8 имеется напряжение, обеспечивающее ток в обмотке возбуждения 10. При этом ток возбуждения является выпрямленным током обмотки 6. Токи статорных обмоток 5 и 6 создают в двигателе вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с магнитным полем обмотки возбуждения 10, обеспечивая ротору вращение с синхронной скоростью.
Пуск двигателя осуществляется следующим образом. В исходном неподвижном состоянии двигателя контакты коммутатора приводятся в следующие положения: контакты 7, 9 и 15 разомкнуты; 12, 13 и 14 замкнуты; выключатель 1 выключен. Напряжение на обмотках трансформатора и двигателя отсутствует. Для асинхронного пуска двигателя включается выключатель 1 и на трансформатор 2 и обмотки 5 и 6 двигателя от выводов 3 подается напряжение. При этом обмотка 5 соединена треугольником и включена последовательно с обмоткой 6 как с проходной обмоткой. Обмотка возбуждения 10 отключается от выпрямителя 8 и включается на разрядное сопротивление 11.
Происходит асинхронный пуск двигателя. Схема включения статорных обмоток обеспечивает снижение пускового тока, поскольку напряжение трансформатора распределяется между двумя статорными обмотками. При одинаковых параметрах обмоток 5 и 6 снижение кратности пускового тока по отношению к прямому пуску составляет порядка 2,6 раза; при разных параметрах обмоток 5 и 6 снижение кратности пускового тока может быть определено расчетом или экспериментально.
При достижении двигателем подсинхронной скорости (скольжение порядка 2-5%), контакты 12, 13 и 14 переводятся в разомкнутое состояние и замыкаются контакты 7, 9 и 15, вследствие чего обмотка возбуждения 10 обтекается током и двигатель втягивается в синхронизм. На этом пуск двигателя завершается, и двигатель переходит в синхронный режим работы.