УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНДЕНСАТОРНО-ДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области электрических способов торможения асинхронных электродвигателей, конкретнее к устройствам конденсаторно-динамического торможения приводных асинхронных электродвигателей высокоинерционного технологического оборудования, работающего с частыми пусками и остановками, обладая при этом малым статическим моментом сопротивления. В этих условиях торможение приводных асинхронных электродвигателей - режим работы не менее важный, чем пусковой и двигательный.
Наиболее эффективным и универсальным является совмещение режимов конденсаторного и динамического торможения асинхронных электродвигателей, образующее новый способ комбинированного конденсаторно-динамического торможения. В большинстве публикаций описание принципа действия и техническая реализация тормозных устройств базируется на представлении конденсаторно-динамического торможения как двух действующих последовательно и независимо друг от друга режимов торможения. При этом на первом этапе осуществляется конденсаторное торможения, а на втором - динамическое торможение. В связи с этим, эффективность конденсаторно-динамического торможения будет возрастать при комплексной реализации следующих взаимосвязанных процессов: расширение верхней и нижней границ диапазона скоростей конденсаторного режима торможения, позволяющего рекуперировать большую часть кинетической энергии, освобождаемой инерционными массами электропривода при снижении скорости, в электрическую энергию с отведением ее от электродвигателя и осуществление динамического тормозного режима без потребления возбуждающей энергии от посторонних источников электроэнергии. Следствие этого - повышение эффективности торможения и уменьшение нагрева асинхронного электродвигателя при торможении. Эти же условия положены в основу оценки эффективности известных аналогов полезной модели и принципа ее построения.
Базовые схемы устройств конденсаторно-динамического торможения асинхронного электродвигателя содержат в своем составе блок конденсаторного торможения (БКТ) и блок динамического торможения (БДТ) и осуществляют процесс торможения в такой же последовательности и независимо друг от друга. Известно одно из типовых устройств для конденсаторно-динамического торможения асинхронного электродвигателя (Патент на изобретение RU 2140127, МПК Н02Р 3/24. Устройство для торможения асинхронного электродвигателя. / Задеренко В.А., дата опубл. 20.10.1999 г.г.), блок конденсаторного торможения которого содержит тормозные конденсаторы неизменной емкости, подключаемые при торможении параллельно к обмотке статора электродвигателя, а блок динамического торможения представляет собой внешний источник постоянного тока (источник выпрямленного тока сети электропитания), подключаемый к обмотке статора электродвигателя поле завершения конденсаторного торможения.
Вместе с тем конденсаторному торможению типовых устройств конденсаторно-динамического торможения (тормозные конденсаторы имеют неизменную емкость) присущи следующие недостатки, снижающие его эффективность. Верхняя и нижняя границы режима конденсаторного самовозбуждения (диапазон скоростей торможения) и величина тормозного момента зависят от величины емкости тормозных конденсаторов (Кашкалов В.И.. Конденсаторное торможение асинхронных двигателей. М., Энергия. 1977 г). При этом в процессе конденсаторного торможения поглощается не более половины кинетической энергии, запасенной инерционными массами электропривода. В этих условиях динамическое торможение энергоемко и сопровождаются значительным нагревом приводного электродвигателя, так как при торможении кинетическая энергия, освобождаемая инерционными массами электропривода при снижении скорости, а также электрическая энергия возбуждения, потребляемая из сети питания, рассеиваются в виде потерь в электродвигателе.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому и принятому за прототип является устройство для конденсаторно-динамического торможения асинхронного электродвигателя (Патент на изобретение RU 2168257, МПК Н02Р 3/24. Устройство для конденсаторно-динамического торможения асинхронного электродвигателя. / Задеренко В.А., дата опубл. 27.05.2001 г.), блок конденсаторного торможения которого также как аналоги содержит тормозные конденсаторы неизменной емкости, а блок динамического торможения не содержит внешнего источника постоянного тока. Динамическое торможение осуществляется за счет рекуперированной и запасенной в накопительных конденсаторах блока динамического торможения электрической энергии в режиме конденсаторного торможения. Устройство содержит рабочий контактор с тремя замыкающими и тремя размыкающими контактами, тормозной контактор с двумя группами, включающих по три замыкающих контакта, тормозные конденсаторы, подключенные к обмотке статора электродвигателя через замыкающие контакты рабочего контактора, шесть балластных резисторов, двенадцать диодов, девять накопительных конденсаторов, диоды по два соединены друг с другом, образуя шесть пар, и по три пары объединены в две отдельные группы, каждая диодная группа первыми выводами через балластные резисторы подключена соответственно к размыкающим контактам рабочего контактора, а вторые выводы этих групп соединены вместе и через регулируемый резистор подключены к нулевой точке обмотки статора электродвигателя, в первой диодной группе диоды в парах катодами подключены друг с другом, а во второй группе - анодами, к общей точке соединения катодов диодов пары первой диодной группы пофазно подключены плюсовыми обкладками по три накопительных конденсатора, минусовые обкладки которых подключены раздельно к соответствующим общим точкам соединения анодов диодов пар второй диодной группы, плюсовые обкладки накопительных конденсаторов через первую группу замыкающих контактов тормозного контактора подключены к нулевой точке обмотки статора электродвигателя, а их минусовые обкладки через вторую группу замыкающих контактов тормозного контактора и последовательно соединенные с ними размыкающие контакты рабочего контактора подключены к фазам обмотки статора электродвигателя,
Основным недостатком устройства-прототипа является ограниченный диапазон скоростей конденсаторного режима торможения, не позволяющий рекуперировать большую часть кинетической энергии, освобождаемой инерционными массами электропривода при снижении скорости, в электрическую энергию, и как следствие, снижение эффективности торможения и увеличение нагрева асинхронного электродвигателя при торможении. Причиной этого является недостаток присущий традиционному конденсаторному торможению, суть которого в том, что тормозные конденсаторы имеют неизменную емкость. Как было отмечено при анализе аналогов предлагаемой полезной модели верхняя и нижняя границы скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя для режима его конденсаторного самовозбуждения и величина тормозного момента зависят от величины емкости тормозных конденсаторов (Кашкалов В.И. Конденсаторное торможение асинхронных двигателей. М.: Энергия. 1977 г.). При этом с ростом емкости тормозных конденсаторов начальный тормозной момент увеличивается, торможение становится резким и даже недопустимо ударным, а конденсаторное торможение длится до более низкой частоты вращения при снижении верхней частоты вращения. Этот факт позволил сформулировать следующую концепцию устранения недостатка устройства-прототипа, т.е. концепцию повышения эффективности конденсаторного торможения: в процессе торможения, по мере снижения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя, необходимо плавно увеличивать емкость тормозных конденсаторов в функции возбуждаемого напряжения в обмотке статора электродвигателя.
Задачей заявленной полезной модели является разработка устройства, в котором устранены недостатки аналогов и прототипа.
Техническим результатом является рекуперирование в режиме конденсаторного торможения большей части кинетической энергии, освобождаемой инерционными массами электропривода при снижении скорости, в электрическую энергию, и как следствие, повышение эффективности торможения и уменьшение нагрева асинхронного электродвигателя при торможении.
Заявленный технический результат достигается тем, что в устройство для конденсаторно-динамического торможения асинхронного электродвигателя без внешнего источника постоянного тока, содержащее рабочий контактор с тремя замыкающими и тремя размыкающими контактами, тормозной контактор с двумя группами, включающих по три замыкающих контакта, тормозные конденсаторы, подключенные к обмотке статора электродвигателя через замыкающие контакты рабочего контактора, шесть балластных резисторов, двенадцать диодов, девять накопительных конденсаторов, диоды по два соединены друг с другом, образуя шесть пар, и по три пары объединены в две отдельные группы, каждая диодная группа первыми выводами через балластные резисторы подключена соответственно к размыкающим контактам рабочего контактора, а вторые выводы этих групп соединены вместе и через регулируемый резистор подключены к нулевой точке обмотки статора электродвигателя, в первой диодной группе диоды в парах катодами подключены друг с другом, а во второй группе - анодами, к общей точке соединения катодов диодов пары первой диодной группы пофазно подключены плюсовыми обкладками по три накопительных конденсатора, минусовые обкладки которых подключены раздельно к соответствующим общим точкам соединения анодов диодов пар второй диодной группы, плюсовые обкладки накопительных конденсаторов через первую группу замыкающих контактов тормозного контактора подключены к нулевой точке обмотки статора электродвигателя, а их минусовые обкладки через вторую группу замыкающих контактов тормозного контактора и последовательно соединенные с ними размыкающие контакты рабочего контактора подключены к фазам обмотки статора электродвигателя, согласно настоящей полезной модели, введены дополнительная группа из трех размыкающих контактов тормозного контактора, трехфазный выпрямитель, резистор, регулятор напряжения и три управляемых дросселя, первые выводы рабочих обмоток которых соединены вместе, а вторые выводы через дополнительную группу из трех размыкающих контактов тормозного контактора подключены к тормозным конденсаторам, обмотки подмагничивания дросселей соединены последовательно и подключены к выходу регулятора напряжения, вход которого подключен к дополнительно введенному резистору, подключенному к выходу трехфазного выпрямителя, вход которого подключен ко вторым выводам рабочих обмоток управляемых дросселей.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется приложенным чертежем, где на Фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства
На фиг. 1 цифрами обозначены:
1 - обмотка статора асинхронного электродвигателя,
2 - замыкающие контакты рабочего контактора,
3 - размыкающие контакты рабочего контактора,
4 - тормозные конденсаторы,
(5, 6, 7), (30, 31, 32), (33, 34, 35) - группы накопительных конденсаторов,
(8, 9, 10), (21, 22, 23), (24, 25, 26), (27, 28, 29) - группы диодов,
11 - регулируемый резистор,
(12, 13, 14), (36, 37, 38) - группы замыкающих контактов тормозного контактора,
(15, 16, 17), (18, 19, 20) - группы балластных резисторов.
39 - три управляемых дросселя,
40 - регулятор напряжения,
41 -резистор,
42 - трехфазный выпрямитель,
(43, 44, 45) - группа размыкающих контактов тормозного контактора.
p
П
Устройство для конденсаторно-динамического торможения асинхронного электродвигателя содержит статорную обмотку (1) электродвигателя, подключенную через замыкающие (2) контакты рабочего контактора к сети, а через размыкающие (3) контакты рабочего контактора к обмотке (1) статора подключены тормозные конденсаторы (4). Шесть балластных резисторов (15, 16, 17, 18, 19, 20), двенадцать диодов (8, 9, 10, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29), девять накопительных конденсаторов (5, 6, 7, 30, 31, 32, 33, 34, 35) и замыкающие контакты (36, 37, 38) тормозного контактора, диоды по два (21, 27) - (22, 28) - (23, 29) - (24, 8) - (25, 9) - (26, 10) соединены друг с другом и по три пары (21, 27 - 22, 28 - 23, 29), (24, 8 - 25, 9 -26, 10) объединены в две группы, каждая диодная группа первыми выводами через балластные резисторы (15, 16, 17), (18, 19, 20) подключена соответственно (15, 18-16, 19-17, 20) пофазно к размыкающим контактам (3) рабочего контактора, тормозным конденсаторам (4) и вторым выводам замыкающих контактов (36-37-38) тормозного контактора, а вторые выводы этих групп соединены вместе (27, 28, 29, 8, 9, 10) и через регулируемый резистор (11) подключены к нулевой точке статорной обмотки (1), в первой диодной группе (21, 27 - 22, 28 -23, 29) диоды в парах катодами подключены друг с другом, а во второй (24, 8 - 25, 9 - 26, 10) анодами, к общей точке соединения катодов диодов первой диодной группы пофазно подключены плюсовыми обкладками по три накопительных конденсатора (30, 31,5) - (32, 6, 33) - (7, 34, 35), минусовые обкладки которых раздельно в сочетании (30, 32, 7) - (31, 6, 34) - (5, 33, 35) подключены к соответствующим общим точкам соединения анодов диодов второй диодной группы и первым выводам контактов (36-37-38) тормозного контактора, плюсовые обкладки накопительных конденсаторов в сочетании (30, 31, 5) - (32, 6, 33) - (7, 34, 35) через замыкающие контакты (12) - (13) - (14) тормозного контактора подключены к нулевой точке статорной обмотки (1), а минусовые обкладки накопительных конденсаторов в сочетании (30, 32, 7) - (31, 6, 34) - (5, 33, 35) соответственно через замыкающие контакты (36) - (37) - (38) тормозного контактора и последовательно соединенные размыкающие контакты (3) рабочего контактора подключены к фазам статорной обмотки (1). Первые выводы рабочих обмоток w управляемых дросселей 39 соединены вместе, а вторые выводы рабочих обмоток через дополнительную группу из трех размыкающих контактов (43, 44, 45) тормозного контактора подключены к тормозным конденсаторам 4, обмотки подмагничивания w управляемых дросселей 39 соединены последовательно и подключены к выходу регулятора напряжения 40, вход которого подключен к дополнительно введенному резистору 41, подключенному к выходу трехфазного выпрямителя 42, вход которого подключен ко вторым выводам рабочих обмоток управляемых дросселей 39.
Устройство работает следующим образом.
П
П
p
При отключении рабочего контактора его замыкающие контакты (2) размыкаются, а размыкающие контакты (3) замыкаются. Электродвигатель отключается от сети. Начинается процесс его конденсаторного торможения, одновременно происходит заряд накопительных конденсаторов (5, 6, 7, 30, 31, 32, 33, 34, 35) через диоды (8, 9, 10, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) и резисторы (11, 15, 16, 17, 18, 19, 20) симметрично от всех обмоток статора двигателя. При этом эффективность конденсаторного торможения повышается за счет дополнительного отбора рекуперируемой энергии от электродвигателя на балластные резисторы (15, 16, 17, 18, 19, 20). Генерируемое в обмотках статора напряжение через замкнутые контакты (43, 44, 45) тормозного контактора, трехфазный выпрямитель 42 и резистор 41 подается на вход регулятора напряжения 40. По мере снижения этого напряжения (в результате уменьшения скорости вращения ротора электродвигателя в процессе торможения) на выходе регулятора напряжения увеличивается ток I, который, поступая в обмотки подмагничивания w управляемых дросселей 39, уменьшает индуктивность рабочих обмоток wуправляемых дросселей. В результате, по мере уменьшения скорости вращения ротора, плавно увеличивается эквивалентная емкость параллельного соединения тормозных конденсаторов 4 и рабочих обмоток управляемых дросселей 39 и, как следствие, конденсаторное торможение осуществляется до более меньших скоростей вращения ротора, не снижая ее верхнюю границу, не вызывая ударного действия начального тормозного момента и не нарушая процесс заряда накопительных конденсаторов (5, 6, 7, 30, 31, 32, 33, 34, 35). После окончания конденсаторного торможения замыкаются контакты (12, 13, 14, 36, 37, 38) и размыкаются контакты (43, 44, 45) тормозного контактора. Начинается разряд накопительных конденсаторов (5, 6, 7, 30, 31, 32, 33, 34, 35) через обмотки статора. Наступает режим симметричного динамического торможения. Накопительные конденсаторы пофазно отдают энергию во все обмотки статора.
Благодаря введению дополнительных элементов в схему обеспечивается интенсивное и эффективное торможение, уменьшается нагрев двигателя.