СПОСОБ ПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, ПРИВОДЯЩЕГО ВО ВРАЩЕНИЕ НЕУРАВНОВЕШАННЫЙ РОТОР Российский патент 2000 года по МПК B06B1/16 H02P1/00 

Предлагаемое изобретение относится к системам управления работой электродвигателя, приводящего во вращение неуравновешенный ротор, например, вибрационной машины, широко применяемый в строительной промышленности, горном деле и других областях техники.

Известен способ управления пуском электродвигателя при пониженной потребляемой мощности, заключающийся в обеспечении перемещения подвижного груза относительно оси ротора под действием центробежной силы [1].

Недостатками этого способа являются сложность конструкции и возникновение сильных ударных нагрузок.

Известен также способ управления пуском электродвигателя колебательных систем, при котором уменьшение резонансных амплитуд достигается его отключением и повторным включением в предварительно установленные моменты времени, ограничивающие опасный период [2]. Способ направлен на уменьшение резонансных амплитуд при разгоне, однако первые пол-оборота здесь осуществляются при полной неуравновешенности ротора.

За прототип выбран способ управления пуском электродвигателя, состоящий в его отключении и последующем включении по достижению пороговых значений вращающего момента в период раскручивания ротора в определенном направлении [3].

Однако данный способ пуска электродвигателя не обеспечивает уменьшение энергозатрат в период подъема центра тяжести неуравновешенного ротора на первом полуобороте, соответствующем, как правило, экстремальной потребляемой мощности.

Задачей изобретения является снижение потребляемой мощности при раскручивании неуравновешенного ротора путем уменьшения величины пускового момента электродвигателя, необходимого для подъема центра тяжести ротора.

Поставленная задача решается тем, что раскручивание (вращение в заданном направлении) неуравновешенного ротора начинают возбуждением возвратно-поворотных колебаний с нарастающим углом отклонения центра тяжести ротора от вертикали.

Это достигается выключением и включением электродвигателя при остановках ротора соответственно на этапах раскручивания при одновременном действии моментов электродвигателя и начальной неуравновешенности ротора и этапах возвратного вращения под действием момента начальной неуравновешенности ротора. При превышении отклонения центра тяжести ротора от вертикали 180^o осуществляют непрерывное раскручивание ротора.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором изображена схема возвратно-поворотных колебаний ротора.

На схеме введены следующие обозначения: 1 - неуравновешенный ротор; 2 - центр тяжести ротора; ϕ - угол отклонения центра тяжести 2 ротора 1 от вертикали; ϕ₁ - угол отклонения центра тяжести 2 ротора 1 при остановке на первом этапе; ϕ₂ - угол отклонения центра тяжести 2 ротора 1 при остановке на втором этапе; ϕ_i - углы отклонения центра тяжести 2 ротора 1 при остановках на нечетных этапах; ϕ_j - углы отклонения центра тяжести 2 ротора 1 при остановках на четных этапах; ϕ_n>π - последний нечетный этап.

В свободном состоянии центр тяжести неуравновешенного ротора находится в нижнем положении вблизи вертикали, проходящей через ось ротора. Для подъема центра тяжести ротора из нижнего положения в верхнее ему надо сообщить энергию E = 2Gε, где G - вес ротора, ε - расстояние от оси вращения до центра тяжести ротора, Gε - статическая неуравновешенность ротора. С другой стороны, работа, совершаемая электродвигателем при повороте ротора на пол-оборота, равна A = M_пπ.
Очевидно, что должно соблюдаться равенство E = A, т.е. 2Gε = M_пπ.
Отсюда, необходимая величина пускового момента M_п для подъема центра тяжести ротора из нижнего положения в верхнее по известному способу определяется соотношением
M_п≥2Gε/π = 0,637Gε ≈ 0,7Gε.
Рассмотрим по этапам процесс пуска электродвигателя, приводящего во вращение неуравновешенный ротор, при ограниченном пусковом моменте M_п<0,7Gε по предлагаемому способу.

1. Включается двигатель, и ротор 1 поворачивается на угол ϕ₁ до своей остановки в результате действия момента неуравновешенности ротора Gεsinϕ₁. В момент остановки выключается двигатель, пусковой момент электродвигателя M_п = 0.

2. Ротор 1, оказавшийся свободным в отклоненном положении, начинает вращаться в противоположную сторону под действием момента неуравновешенности ротора, равного Gεsinϕ₁ в момент троганья; центр тяжести 2 ротора 1 по инерции проходит нижнее положение, отклоняется на угол ϕ₂ и вновь останавливается (ϕ₂= ϕ₁, если пренебречь сопротивлением при свободном ходе).

3. Это - второе по счету - обращение угловой скорости ротора 1 в "0" служит сигналом для повторного включения двигателя, и его пусковой момент M_п вновь начинает раскручивание ротора 1, но при других начальных условиях. В первый момент этого этапа оно осуществляется воздействием на ротор 1 пускового момента M_п и момента неуравновешенности ротора Gεsinϕ₂. Остановка ротора происходит при угле ϕ₃. Работа пускового момента двигателя на угловом пути (ϕ₂+ϕ₃) равна A = M_п(ϕ₂+ϕ₃), потенциальная энергия ротора увеличивается по сравнению с первым этапом, и центр тяжести 2 ротора 1 занимает более высокое положение ϕ₃>ϕ₂ Двигатель отключается.

4. Ротор 1 вновь начнет вращение в противоположную сторону и остановится при некотором угле отклонения ϕ₄>ϕ₂ - обратный свободный ход начался при большем начальном угле отклонения ϕ₃(ϕ₄= ϕ₃).
5. Очередная остановка ротора 1 при угле ϕ₄ в конце свободного хода опять вызывает включение двигателя, и очередной этап разгона вновь начинается под воздействием двух моментов M_п и Gεsinϕ₄.

Последующая остановка осуществляется при угле ϕ₅> ϕ₄ изменение угла от ϕ₄ к ϕ₅ происходит, как и ранее, из-за увеличения работы, совершаемой пусковым моментом на угловом пути (ϕ₄+ϕ₅).
Процесс возбуждения возвратно-поворотных колебаний ротора 1 с постоянно увеличивающейся угловой амплитудой, таким образом, состоит из чередующихся этапов раскручивания при одновременном действии моментов двигателя M_п и начальной неуравновешенности Gεsinϕ_i, и возвратного вращения под действием только момента начальной неуравновешенности ротора Gεsinϕ_j (i - нечетные числа, j - четные числа).

При этом величины углов ϕ_i и ϕ_j возрастают от этапа к этапу, и на каком-то очередном этапе угол ϕ_n отклонения превысит 180^o, и ротор 1 совершит первый полуоборот. В дальнейшем ротор 1 не остановится, выключения двигателя не произойдет и начнется непрерывное раскручивание ротора 1 до достижения им номинальной угловой скорости вращения.

Таким образом, по предлагаемому способу энергия E сообщается ротору небольшими порциями за счет увеличения суммарного угла поворота ΣΔϕ_i на всех этапах, на которых электродвигатель был включен (на первом этапе Δϕ₁= ϕ₁, на третьем Δϕ₃= ϕ₃-ϕ_2/ , на пятом Δϕ₅=-ϕ₅-ϕ₄, на n-этапе Δϕ_n= ϕ_in-ϕ_jn).
Суммарный угол ΣΔϕ_i может быть выбран и реализован значительно большим по сравнению с углом π, поэтому необходимый пусковой момент M_п при сохранении энергетического равенства может быть уменьшен.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает раскручивание неуравновешенного ротора пусковым моментом М_п, величина которого значительно меньше той, которая необходима при пуске по способу-прототипу M_п= 0,7Gε, что обеспечивает решение поставленной задачи.

Если направление вращения ротора в номинальном режиме не имеет значения (это возможно для целого ряда вибрационных машин - виброуплотнителей, вибротрамбовщиков и т. п. ), то вместо свободного хода в предлагаемом способе может быть применен реверс двигателя - чередование направления его вращения при каждой остановке.

Предлагаемое техническое решение позволяет осуществлять выбор мощности приводного электродвигателя по величине расхода энергии в номинальном режиме, что обеспечивает нагрузку на двигатель, близкую к 100%.

Использованная литература
1. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. М.: Недра, 1982, с. 39.

2. Авторское свидетельство СССР N 255760, B O 21, 1970.

3. Авторское свидетельство СССР N 1025460, B 06 B 1/16, 1983 (прототип).

Изобретение касается управления работой электродвигателя, приводящего во вращение неуравновешенный ротор вибрационных и других машин, применяемых в промышленности строительных материалов, горном деле и других областях техники. Сущность способа заключается в том, что раскручивание ротора начинают с возбуждения возвратно-поворотных колебаний с увеличивающейся угловой амплитудой. Это достигается многократным включением-выключением электродвигателя по сигналам датчика скорости вращения ротора. Способ позволяет снизить пусковой момент электродвигателя и потребляемую мощность. 1 ил.

Способ спуска электродвигателя, приводящего во вращение неуравновешенный ротор, согласно которому при раскручивании ротора в заданном направлении электродвигатель выключают и повторно включают, отличающийся тем, что возбуждают возвратно-поворотные колебания ротора с нарастающим углом отклонения центра тяжести ротора от вертикали, при этом выключение и включение электродвигателя производят при остановках ротора соответственно на этапах раскручивания при одновременном действии моментов электродвигателя и начальной неуравновешенности ротора и этапах возвратного действия под действием момента начальной неуравновешенности ротора, а при превышении упомянутым углом значения, равного 180^o, осуществляют непрерывное раскручивание ротора.