ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ЛЕНТОПРОТЯЖНОГО МЕХАНИЗМА Российский патент 2000 года по МПК H02P5/46 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в устройствах для перемещения и натяжения ленточных материалов при наличии однофазной сети, например в специализированных лентопротяжных механизмах устройств ввода-вывода информации, работающих в реверсивных старт-стопных режимах, в приводах подачи рулонных ленточных материалов в штамп.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в расширении функциональных возможностей устройства.

Известен двухдвигательный электропривод перемоточной машины, который содержит однофазную сеть постоянного тока и два электродвигателя постоянного тока, регулятора тока и скорости, которые взаимосвязаны схемой управления { 1} . Недостатком этого аналога является сложность устройства, а следовательно, малая надежность, обусловленная сложной схемой управления и малой надежностью двигателей постоянного тока в связи с наличием коллекторного узла.

Известен также двухдвигательный электропривод, который содержит два трехфазных асинхронных двигателя, подключенных к однофазной сети посредством двух конденсаторов с обратным порядком чередования фаз, т.е. первый двигатель всегда работает в прямом режиме, а второй - в режиме противовключения. Роторы выполнены с фазными обмотками. Результирующий момент регулируется сопротивлениями в цепи роторов {2}. Недостатком этого аналога также является сложность и малая надежность, обусловленные наличием двигателей с фазными роторами, скользящим контактом и необходимостью регулируемых сопротивлений.

Наиболее близким по совокупности одинаковых существенных признаков к заявляемому изобретению является выбранный в качестве прототипа двухдвигательный электропривод { 3} , который содержит два трехфазных асинхронных двигателя, конденсатор, один вывод которого соединен с первой фазой сети, а другой вывод соединен с объединенными выводами двух первых фазных обмоток двигателей, выводы вторых фазных обмоток соединены с первой фазой сети, а выводы третьих фазных обмоток подключены ко второй сети. Роторы выполнены с фазными обмотками.

У прототипа и заявляемого изобретения имеются следующие сходные существенные признаки: два трехфазных асинхронных двигателя, конденсатор, один вывод которого соединен с первой фазой сети, а другой вывод соединен с объединенными выводами двух первых фазных обмоток двигателей, а выводы третьих фазных обмоток подключены ко второй фазе сети.

Недостатком прототипа являются узкие функциональные возможности, обусловленные невозможностью изменения вращающих моментов как по величине, так и по направлению, что не позволяет применять его для лентопротяжных механизмов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей электропривода, за счет введения дополнительных элементов, обеспечивающих реверсивное регулирование вращающих моментов двигателей.

Для достижения поставленной цели заявляемое изобретение - двухдвигательный электропривод лентопротяжного механизма - содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решения, связанные с целью изобретения задачи - два трехфазных асинхронных двигателя, конденсатор, один вывод которого соединен с первой фазой сети, а другой соединен с объединенными выводами двух первых фазных обмоток двигателей, а выводы третьих фазных обмоток подключены ко второй фазе сети. Между первой и второй фазной обмоткой каждого двигателя подключены дополнительно введенные конденсаторы, а между первой фазой сети и вторыми фазными обмотками каждого двигателя подключены коммутационные элементы с блоками управления, причем порядок чередования первой, второй и третьей фазных обмоток для первого двигателя установлен против часовой стрелки, а для второго двигателя - по часовой стрелке.

По отношению к прототипу заявляемого изобретения имеются следующие отличительные признаки: между первой и второй фазной обмоткой каждого двигателя подключены дополнительно введенные конденсаторы, а между первой фазой сети и вторыми фазными обмотками каждого двигателя подключены коммутационные элементы с блоками управления, причем порядок чередования первой, второй и третьей фазных обмоток для первого двигателя установлен против часовой стрелки, а для второго двигателя - по часовой стрелке.

Наиболее целесообразным исполнением коммутационных элементов являются симисторы со стандартными блоками управления, однако, возможно применение герконов, транзисторных или тиристорных ключевых элементов.

В связи с работой электропривода в переходных режимах, включая режимы короткого замыкания (режим "СТОП"), предпочтительно иметь асинхронные двигатели с большим сопротивлением роторов, например с массивными роторами. Это обеспечивает большие пусковые моменты при малых токах, а также мягкую механическую характеристику, необходимую для регулирования скорости перемещения ленточного материала. Кроме того, такие двигатели имеют малый диапазон изменения cosϕ, что необходимо для конденсаторных двигателей.

Перечисленные выше отличительные признаки вместе со сходными признаками прототипа обеспечивают работоспособность устройства с достижением технического результата - расширения функциональных возможностей электропривода.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует причинно-следственная связь: подключение дополнительно введенных конденсаторов между первой и второй фазной обмоткой каждого двигателя, а также подключение между первой фазой сети и вторыми фазными обмотками каждого двигателя коммутационных элементов с блоками управления и определенное чередование обмоток обеспечивают реверсивное управление моментами электродвигателей, что расширяет функциональные возможности электропривода.

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

По мнению авторов, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, т.к. из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована в электроприводах перемещения и натяжения ленточных материалов, например в устройствах подачи ленточных материалов в пресс, в устройствах ввода-вывода информации ЭВМ и т.д. с получением технического результата, заключающегося в обеспечении реверса и регулирования момента асинхронных двигателей с применением всего двух коммутационных элементов, обуславливающего обеспечение достижения поставленной цели - расширение функциональных возможностей устройства, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображен вариант исполнения валкового электропривода перемещения и натяжения ленточного материала, предназначенного для подачи ленточных заготовок в рабочую зону прессов.

Заявляемый согласно формуле изобретения двухдвигательный электропривод лентопротяжного механизма содержит два трехфазных асинхронных двигателя с массивными роторами, обмотки которых 1, 2, 3 и 4, 5, 6 подключены к сети, первая из которых - фаза 7, вторая - фаза 8, конденсатор 9, один вывод которого соединен с первой фазой сети 7, а другой вывод соединен с объединенными выводами двух первых фазных обмоток 3, 4. Между вторыми фазными обмотками 2, 5 и первой фазой сети 7 подключены симисторы 10, 11 с соответствующими блоками управления 12, 13. Между первыми 3, 4 и вторыми 2, 5 фазными обмотками подключены конденсаторы соответственно 14 и 15. Порядок чередования первой 3, второй 2 и третьей 1 фазных обмоток первого двигателя установлен против часовой стрелки, а порядок чередования первой 4, второй 5 и третьей 6 фазных обмоток второго двигателя установлен по часовой стрелке. Указанное соединение обмоток обеспечивает разный порядок чередования фаз при подключении к сети с замкнутыми симисторами 10, 11, т.е. направление вращающих моментов двигателей в таком режиме взаимно противоположное.

Роторы асинхронных двигателей 16, 17 механически соединены с валками 18, 19, обеспечивающими перемещение и натяжение ленточного материала 20.

Электропривод также может быть задатчиками и датчиками натяжения, скорости, положения тока и т.д., которые на чертеже не показаны, но в функции которых работают блоки управления 14, 15.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим последовательно основные режимы устройства: "СТОП", "ВПЕРЕД", "НАЗАД".

При команде "СТОП" симисторы 10, 11 в предельном режиме полностью открыты, при этом двигатели, в связи с подключением обмоток 1, 2, 3, 4, 5, 6 к сети с разным порядком чередования фаз создают противоположно направленные вращающие моменты, равные по величине, в связи с чем лента 20 останавливается с заданным, в данном случае с максимальным, натяжением для проведения технологического процесса, например, штамповки. Величина натяжения может регулироваться блоками управления 12, 13, обеспечивающими одинаковое изменение углов открытия обоих симистров 10, 11.

При команде "ВПЕРЕД", в нашем случае для перемещения ленты 20 влево, в предельном режиме блок управления 12 полностью открывает симистор 10, а блок 13 закрывает симистор 11, при этом обмотки 1, 2, 3 создают левобегущее магнитное поле и вращающий момент и обмотки 4, 5, 6 меняют порядок чередования фаз и создают также левобегущее магнитное поле и момент. Последнее объясняется тем, что при разомкнутом симисторе 11 к фазе 7 подключается уже не обмотка 5 (как в случае замкнутого симистора 11), а обмотка 4, конденсаторы 14 и 9, соединенные параллельно друг с другом оказываются включенными последовательно с обмотками 4, 5, 6 и поэтому не оказывают влияния на порядок чередования фаз. Конденсатор 15 теперь включен последовательно с обмоткой 5, что и обеспечивает реверс второго двигателя. Роторы 16, 17 посредством валков 18, 19 перемещают ленту 20 вправо, скорость перемещения ленты 20 при этом максимальна. Для регулирования скорости ленты 20 посредством блоков управления 12, 13 изменяют угол открытия симисторов 10, 11. Натяжение ленты 20 в процессе перемещения можно регулировать симистром 11, что изменяет вращающий момент второго двигателя за счет появления правобегущего магнитного поля, при этом результирующий вращающий момент будет определяться соотношением времени открытого и закрытого состояния симистора 11, что эквивалентно соотношению действия лево и правовращающего момента.

При команде "НАЗАД" - процесс регулирования обратный режиму "ВПЕРЕД", а именно, открывается симистор 11 и закрывается 10, при этом оба двигателя вращаются вправо, перемещая ленту 20 с максимальной скоростью (крайний случай). Регулирование скорости и натяжения создается соответствующим регулированием углов открытия симисторов 10, 11.

Следует отметить, что общий конденсатор 9 в данной электрической схеме привода обеспечивает высокие электромеханические показатели и не может быть заменен на два отдельно подключенных к двигателям конденсатора.

В качестве примера рассмотрим двухдвигательный электропривод с асинхронными двигателями с массивными роторами, cosϕ, которых практически не зависит от режима работы и равен 0,5. В этом случае, как известно из теории, обеспечивается уравновешенный симметричный трехфазный режим. Напряжение между фазами 7 и 8 примем 220 В. Расчетный ток двигателей, в условном номинальном режиме - 1 A. В этом случае для режима "ВПЕРЕД", при разомкнутом симисторе 11, для первого двигателя в конденсаторной обмотке 3 оказываются включенными параллельно конденсаторы 14 и 9, по которым в симметричном режиме протекает ток фазной обмотки 3 - 1 A, и ток, равный току в фазной обмотке 6 второго двигателя (т.к. электрическая цепь второго двигателя между фазами 7 и 8 является последовательной), также равен 1 A. Следовательно, через конденсаторы 14 и 9 протекает ток 2 A. Для получения напряжения на конденсаторах 14 и 9 равного 220 В (условие симметричного режима) необходима емкость:

Емкость конденсатора 15 выбирается по этой же формуле, но с учетом, что через эту емкость протекает ток в 1 A:

Отсюда вытекает, что конденсаторы 14, 9, 15, следует брать одинаковой емкости, в данном варианте по 15 мкФ, что и обеспечит симметричный режим обоих двигателей.

В режиме "СТОП" оба симистора 10, 11 открыты и по обмоткам протекают токи несколько больше, чем в рабочем режиме, однако и конденсаторы 14, 9, 15 оказываются включенными все параллельно, с общей емкостью 45 мкФ.

В реальном приводе достичь полной симметрии не удается, однако приведенные выше рассуждения в целом оказываются справедливыми.

Таким образом, предложенный электропривод обеспечивает реверсивное регулирование скорости перемещения и натяжения ленты, обладает простотой и надежностью.

Как показали испытания макетного образца двухдвигательного электропривода заявляемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает более широкими функциональными возможностями.

Заявляемое изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Литература
1. Авторское свидетельство СССР N 1378005, М. кл. H 02 P 7/68, 1988.

2. Усманходжаев Н.М. Методы регулирования скорости однофазных конденсаторных асинхронных двигателей. - М.: Энергия, 1980, с. 94, рис. 45, а.

3. Авторское свидетельство СССР N 1571743, М. кл. H 02 P 7/74, 1990.

Использование: в лентопротяжных устройствах, например в электроприводах прессового оборудования, устройствах ввода-вывода информации в ЭВМ. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Два асинхронных двигателя подсоединены к однофазной сети посредством трех конденсаторов и двух коммутационных элементов - симисторов с блоками управления. Предложенное подключение конденсаторов и симисторов к обмоткам двигателя и к сети позволяет обеспечить реверсивное регулирование скорости перемещения ленточного материала и его натяжения. 1 ил.

Двухдвигательный электропривод лентопротяжного механизма, содержащий два трехфазных асинхронных двигателя, отличающийся тем, что между первой и второй фазной обмоткой каждого двигателя подключены дополнительные конденсаторы, а между первой фазой сети и вторыми фазными обмотками каждого двигателя подключены коммутационные элементы с блоками управления, а выводы третьих фазных обмоток подключены ко второй фазе сети, кроме того, электропривод содержит конденсатор, один вывод которого соединен с первой фазой сети, а другой вывод соединен с объединенными выводами двух первых фазных обмоток двигателей и порядок чередования первой, второй и третьей фазных обмоток для первого двигателя установлен против часовой стрелки, а для второго двигателя - по часовой стрелке.