ОДНОФАЗНЫЙ ДВУХСКОРОСТНОЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1995 года по МПК H02P1/42 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах со ступенчатым регулированием скорости при наличии однофазной питающей сети, в частности в бытовых электроприборах: кухонные комбайны, деревообрабатывающие станки, кондиционеры, вентиляторы, центробежные насосы и другие механизмы, работающие с вентиляторным моментом на двух скоростях.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении энергетических показателей и упрощении электропривода.

Известен трехфазный асинхронный электродвигатель с однофазным источником питания, содержащий 6 обмоток в двух группах с тремя обмотками в каждой и выводами для подключения к однофазной сети и к четырем конденсаторам, а также коммутирующие элементы для переключения схемы обмоток с целью изменения пар полюсов [1] Недостатком описанного аналога является сложность устройства, в связи с наличием шести полных обмоток и наличием 4-х конденсаторов.

Известен также однофазный двухскоростной асинхронный электропривод, содержащий асинхронный двигатель с соотношением числа полюсов 4:2, обмотки статора соединены в треугольник. Каждая обмотка выполнена в виде двух полуобмоток с выводами между ними. Коммутирующие элементы включены с возможностью переключения обмоток на двойную звезду и переключения конденсатора [2]
Недостатком этого аналога является сложность схемы переключения, так как имеется необходимость переключения конденсатора. Кроме того, схема переключения обмоток с треугольника на двойную звезду при вентиляторном характере нагрузки будет обусловливать низкие энергетические показатели на одной из скоростей электропривода.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является однофазный двухскоростной электропривод, который содержит асинхронный двигатель, обмотки статора соединены в звезду, две из которых главные и одна конденсаторная, подключенная к первой главной обмотке, каждая обмотка выполнена в виде двух полуобмоток с выводами между ними, коммутирующие элементы включены между сетью и началами главных обмоток, сетью и выводами полуобмоток главных обмоток, между началами главных обмоток и между выводами полуобмоток второй главной и конденсаторной обмоток, причем в одну из конденсаторных полуобмоток включен конденсатор с коммутирующими элементами для его переключения между зажимом сети и выводом полуобмоток конденсаторной обмотки.

У прототипа и предлагаемого изобретения имеются сходные существенные признаки: асинхронный двигатель, обмотки статора которого соединены в звезду, две из которых главные и одна конденсаторная, подключенная к первой главной обмотке, каждая обмотка выполнена в виде двух полуобмоток с выводами между ними, коммутирующие элементы включены между сетью и началами главных обмоток, сетью и выводами полуобмоток главных обмоток, между началами главных обмоток и между выводами полуобмоток конденсаторной и второй главной обмоток, причем в конденсаторную полуобмотку включен конденсатор.

Коммутирующие элементы могут быть выполнены на базе тиристоров, герконов или контактов переключателей, реле и другой коммутирующей аппаратуры. На схемах прототипа коммутирующие элементы не показаны, однако их наличие однозначно определяется переходом от одной указанной схемы звезда, к другой двойная звезда.

Недостатком прототипа является сложность схемы переключения, обусловленная необходимостью переключения конденсатора из одной цепи в другую, а также низкие энергетические показатели как при пуске, так и в рабочем режиме, что обусловлено тем, что емкость конденсатора для каждого режима: пуск на пониженную скорость, пуск на повышенную скорость, работа на пониженной скорости, работа на высокой скорости, должна быть разной и отличаться, как показывают расчеты, в 4 раза.

Цель изобретения упрощение устройства и повышение его энергетических показателей за счет уменьшения числа коммутирующих элементов и оригинальной схемой включения конденсаторов в обмотки двигателя.

Для достижения поставленной цели предлагаемое изобретение однофазный двухскоростной асинхронный электропривод содержит следующие, общие выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение связанной с целью изобретения задачи. Обмотки статора, соединенные в звезду, две из них главные и одна конденсаторная, подключенная к первой главной обмотке. Каждая обмотка выполнена в виде двух полуобмоток с выводами между ними. Коммутирующие элементы включены между сетью и началами главных обмоток, а также сетью и выводами полуобмоток главных обмоток, между началами главных обмоток и между выводами полуобмоток второй главной и конденсаторной обмоток. Устройство содержит два конденсатора, причем конденсаторы включены в каждую полуобмотку конденсаторной обмотки, а один из конденсаторов зашунтирован коммутирующим элементом.

По отношению к прототипу у предлагаемого изобретения имеются следующие отличительные признаки: дополнительный конденсатор, включенный во вторую конденсаторную полуобмотку и зашунтированный коммутирующим элементом.

Перечисленные выше отличительные признаки вместе со сходными признаками прототипа обеспечивают работоспособность устройства с достижением технического результата уменьшения числа коммутирующих элементов и, таким образом, упрощения устройства и повышения его энергетических показателей.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь: включение в схему второго конденсатора и включение конденсаторов в каждую полуобмотку конденсаторной обмотки позволяет при переходе от одной скорости двигателя к другой не переключатель конденсаторы, что позволяет отказаться от четырех коммутирующих элементов. Шунтирование второго конденсатора коммутирующим элементом позволяет обеспечить высокие энергетические показатели при пуске и в рабочем режиме электропривода на обеих скоростях.

По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "Новизна".

По мнению авторов, сущность предлагаемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат новое свойство объекта совокупность признаков, которые отличают от прототипа предлагаемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "Изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована в двухскоростных асинхронных электроприводах, с получением технического результата, заключающегося в уменьшении числа коммутирующих элементов и регулировании емкости конденсаторов обуславливающих обеспечение достижения поставленной цели упрощения устройства и повышения его энергетических показателей, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "Промышленная применимость".

На чертеже изображена схема электропривода.

Изобретение однофазный двухскоростной асинхронный электропривод содержит асинхронный двигатель, обмотки статора соединены в звезду, две из которых главные выполнены в виде двух полуобмоток, первая главная содержит полуобмотки 1,2, вторая главная 3,4. Конденсаторная обмотка состоит из полуобмоток 5,6 и соединена с первой главной обмоткой. Между полуобмотками имеются выводы 7 и 8 от главных обмоток и вывод 9 от конденсатоpной обмотки. Между сетью 10 и началами главных обмоток 11 и 12 установлен коммутирующий элемент в виде выключателя 13, а между сетью 10 и выводами полуобмоток главных обмоток 7 и 8 установлен коммутирующий элемент в виде выключателя 14. Между началами главных обмоток 11 и 12 установлен коммутирующий элемент в виде контакта 15, а между выводами полуобмоток второй главной и конденсаторной обмоток 8 и 9 установлен контакт 16. В полуобмотку 5 включен конденсатор 17, а в полуобмотку 6 конденсатор 18, зашунтированный контактом 19. Схема управления ручная или автоматическая (не показана) позволяет производить коммутационные операции независимо каждым коммутирующим элементом 13, 14, 15, 16, 19.

Работает устройство следующим образом.

Для пуска двигателя на пониженную скорость замыкают контакт 19 и включают двигатель на сеть 10 посредством выключателя 13, при этом остальные коммутирующие элементы 14, 15, 16 разомкнуты. В этом случае в конденсаторной обмотке подключен только один фазосдвигающий конденсатор 17, по мере разгона двигателя до заданной скорости производят размыкание контакта 19 и двигатель работает в номинальном режиме с уменьшенной в два раза емкостью сдвигающих конденсаторов 17 и 18, так как при последовательном соединении конденсаторов емкость уменьшается. Это позволяет повысить энергетические показатели электропривода при пуске и в рабочем режиме.

Для пуска двигателя на повышенную скорость предложенный электропривод позволяет обеспечить двухступенчатый пуск. На первом этапе двигатель запускают по пониженной скорости описанным выше способом. На втором этапе размыкают выключатель 13, замыкают контакты 15 и 16 и затем замыкают выключатель 14. При этом обмотка двигателя образует схему двойной звезды с меньшим числом пар полюсов и двигатель разгоняется до заданной повышенной скорости в том же направлении, что и на первом этапе, что объясняется переменой фазы питающей сети 10, подключаемой к конденсаторной обмотке 5, 6. Конденсаторы 17 и 18 оказываются включенными последовательно с полуобмотками 5 и 6, которые соединены параллельно, что увеличивает общую емкость и обеспечивает высокие энергетические показатели на повышенной скорости. Возможен также прямой пуск двигателя на повышенную скорость, как это предусмотрено у прототипа.

В качестве примера рассмотрим однофазный двухскоростной электропривод вентилятора с квадратичной зависимостью мощности от частоты вращения 0,75/3,0 кВт при частоте вращения 7500/1500 об/мин. Из известного справочника выбираем наиболее подходящий двигатель 4А112МА8/4У3 со следующими данными для схемы соединения треугольник двойная звезда. Мощность 1,9/3,0 кВт Напряжение 380/220 В Ток 3,25/3,48А КПД, 72/75 cos ϕ 0,71/0,89
При пересчете на соединение звезда двойная звезда на низкой скорости к обмоткам прикладывается напряжение в 1,73 раз меньше по сравнению с соединением треугольник. С учетом изменения степени насыщения магнитной цепи данные двигателя примут следующие значения: Мощность 0,73/3,0 кВт Напряжение 220/220 В Ток 1,7/3,48А КПД% 78/75 cosϕ 0,81/0,89
Емкость конденсатора при соединении двойная звезда определяется формулой
C 2800 2800 ≈ 26 мкФ
Полученная емкость рассчитана на одну параллельную ветвь двойной звезды, следовательно, берем два конденсатора 17, 18 по 25 мкФ каждый.

При соединении обмоток в звезду с последовательным соединением конденсаторов емкость станет в два раза меньше, т.е. 12,5 мкФ.

Проверяем соответствие этой величины емкости схеме соединения звезда
C 2800 12,53 мкФ что вполне соответствует выбранному значению.

Отсюда вытекает дополнительный положительный эффект повышение надежности за счет повышения коэффициента запаса конденсатора по напряжению, так как при последовательном соединении к каждому конденсатору прикладывается по 0,5 Uc/ U_c/, т.е. 110 В. В других известных схемах конденсаторного пуска, пусковая емкость включается параллельно рабочей емкости и отключается после разгона, т.е. не используется, а рабочая емкость работает при полном напряжении.

При пуске (отключенном конденсаторе 18 путем замыкания контакта 19) емкость конденсаторной обмотки увеличится в два раза по сравнению с рабочей величиной, что соответствует известным рекомендациям и обеспечивает хорошие пусковые характеристики электропривода.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет без переключения конденсаторов обеспечить высокие энергетические показатели электропривода как при пуске, так и в номинальном режиме на двух скоростях.

Предлагаемое изобретение представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит упростить двухскоростные электроприводы и уменьшить расход электроэнергии в рабочих режимах, что положительно скажется на состоянии окружающей среды.

Предлагаемое решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано в электроприводах со ступенчатым регулированием скорости. Сущность изобретения заключается в том, что с целью повышения энергетических показателей и упрощения электропривода за счет уменьшения числа коммутирующих элементов и новой схемы включения конденсаторов в однофазном двухскоростном асинхронном двигателе, содержащем две главные и одну конденсаторную обмотки, соединенных по схеме звезда и состоящих из двух полуобмоток каждая и с коммутирующими элементами для переключения обмоток на двоичную звезду, включены конденсаторы в каждую полуобмотку конденсаторной обмотки, один из которых зашунтирован коммутирующим элементом. 1 ил.

ОДНОФАЗНЫЙ ДВУХСКОРОСТНОЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий асинхронный двигатель, обмотки статора которого соединены в звезду, две из которых главные и одна конденсаторная, подключенная к первой главной обмотке, каждая обмотка выполнена в виде двух полуобмоток с выводами между ними, коммутирующие элементы включены между сетью и началами главных обмоток, сетью и выводами полуобмоток главных обмоток, между началами главных обмоток и между выводами полуобмоток конденсаторной и второй главной обмоток, в одну конденсаторную полуобмотку включен конденсатор, отличающийся тем, что в другую конденсаторную полуобмотку включен дополнительный конденсатор, зашунтированный коммутирующим элементом.