СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ РОТОРА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ НА МАГНИТНЫХ ПОДШИПНИКАХ Российский патент 2015 года по МПК H02K7/09 H02P9/08 H02P3/00 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к способам торможения ротора электромеханического преобразователя энергии на магнитных подшипниках.

Известен способ торможения асинхронного двигателя с вентильным преобразователем в цепи статора (патент РФ 2035121 C1, H02P 3/18, 10.05.1995), по которому при подаче сигнала на останов двигателя переключают две фазы обмотки статора, одновременно с переключением двух фаз обмотки статора уменьшают амплитуду и устанавливают фиксированную частоту питающего напряжения такой, чтобы выполнялось условие U/(f*K), затем непрерывно сравнивают значение тока в статорной обмотке с заданным значением и при отрицательном знаке результата сравнения изменяют угол управления вентилей преобразователя до тех пор, пока результат сравнения не достигнет нулевого значения, и одновременно непрерывно измеряют угол сдвига между током и напряжением в фазе и сравнивают его с заданным значением и при достижении полученной разницей нулевого значения подают сигнал на полное закрытие вентилей преобразователя, где U - величина напряжения на выходе преобразователя; f - частота напряжения на выходе преобразователя; K - расчетная величина, пропорциональная магнитному потоку в момент переключения обмоток двигателя.

Недостатками данной конструкции являются ограниченная область применения, невозможность мгновенного останова ротора, низкая энергоэффективность и высокие массогабаритные показатели.

Известен способ векторного управления пуском и торможением асинхронизированной машины (патент РФ 2466492 C1, H02P 21/00, 10.11.2012), по которому определяют частоту и фазу электродвижущей силы скольжения, наводимой в обмотках ротора вращающимся магнитным полем статора, и подают с помощью преобразователя частоты на обмотки ротора напряжение возбуждения на частоте скольжения. Фазу напряжения возбуждения устанавливают относительно фазы электродвижущей силы скольжения со сдвигом в сторону опережения при пуске и в сторону отставания при торможении, а амплитуду регулируют в соответствии с требуемым вращающим моментом. Сдвиг напряжения возбуждения относительно фазы электродвижущей силы скольжения устанавливают в пределах 80-100 электрических градусов.

Недостатками данной конструкции являются ограниченная область применения, невозможность мгновенного останова ротора, низкая энергоэффективность и высокие массогабаритные показатели.

Известен способ торможения электродвигателя переменного тока (патент РФ 2440663 C2, H02P 3/24, 20.01.2012), по которому в обмотку статора электродвигателя дополнительно подают ток, наводимый электродвижущей силой вращения ротора, величина которого (тока) контролируется датчиками тока и регулируется изменением угла проводимости дополнительных полупроводниковых элементов.

Недостатками данной конструкции являются ограниченная область применения, невозможность мгновенного останова ротора, низкая энергоэффективность, высокие массогабаритные показатели, а также перегрев обмоток статора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ оптимального торможения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (патент РФ 2468496 C1, H02P 3/20, H02P 25/02 27.11.2012), по которому торможение ротора осуществляется созданием тормозного момента по заданному алгоритму работы преобразователя частоты, что обеспечивает торможение без динамических перегрузок двигателя и связанного с ним исполнительного механизма.

Недостатком данной конструкции является ограниченная область применения, невозможность мгновенного останова ротора, низкая энергоэффективность, высокие массогабаритные показатели, а также перегрев обмоток статора.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей благодаря возможности мгновенного останова ротора и расширение области применения, за счет возможности применения во всех типах электромеханических преобразователей энергии на управляемых магнитных подшипниках, повышение энергоэффективности посредством применения магнитных подшипников, снижение массогабаритных показателей, благодаря использованию сигнала с системы управления управляемыми магнитными подшипниками в качестве сигнала для торможения.

Техническим результатом является мгновенный останов ротора, а также возможность применения во всех типах электромеханических преобразователей энергии на управляемых магнитных подшипниках.

Поставленная задача решается и указанный результат достигается тем, что в способе торможения ротора электрической машины на магнитных подшипниках, заключающемся в создании тормозного момента, согласно изобретению, сигнал для торможения ротора подают с системы управления управляемых магнитных подшипников, при этом тормозной момент создают электромагнитами управляемых магнитных подшипников путем подачи тока на их обмотки.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена расчетная схема высокоскоростного магнитоэлектрического генератора на управляемых магнитных подшипниках. На фиг.2 изображена зависимость тормозного момента от силы тока в обмотках управляемого магнитного подшипника.

Пример конкретной реализации способа.

Тормозной момент, создаваемый управляемыми магнитными подшипниками (УМП), определяется в виде:

где $${\omega }_0=\sqrt{\frac{k_g}{m_p}}$$ - частота недемпфированных сводных колебаний ротора;

m_p - масса ротора;

$$k_g=\frac{F}{{\delta }_G}$$ - жесткость УМП;

F - сила тяги УМП;

δ_G - воздушный зазор УМП;

ξ - безразмерный параметр затухания колебаний;

ω - частота вращения ротора;

M - момент на валу;

ε - статический эксцентриситет.

Сила тяги УМП

где $$C_L=\frac{{\mu }_0{w}^{2}S}{2}$$ - расчетный параметр;

i - сила тока в электромагнитах;

µ₀ - магнитная проницаемость вакуума;

w - число витков в обмотке УМП;

S - площадь полюса УМП.

При необходимости экстренного торможения, например, высокоскоростного магнитоэлектрического генератора с массой ротора 6 кг, моментом на валу 25 Н/м и частотой вращения 40000 об/мин на управляемых магнитных подшипниках (фиг.1) сигнал о торможении ротора подается из системы управления управляемых магнитных подшипников, изготовленной, например, на микросхеме КР140УД708, транзисторах КТ829, КТ315Г, КТ852, где рассчитывается и подается сила тока, в рассматриваемом случае 10А, которая подается на обмотки УМП, при этом соответственно возрастает сила тяги УМП (в 30 раз) и его жесткость (в 30 раз), что приводит к увеличению частоты свободных недемпфированных колебаний (в 5,47 раза), момент M_z при этом резко возрастает с 5 Н/м до 26 Н/м, что приводит к полному останову ротора высокоскоростного магнитоэлектрического генератора на управляемых магнитных подшипниках.

Таким образом, осуществляется мгновенное торможение ротора электромеханического преобразователя энергии.

Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности благодаря возможности мгновенного останова ротора и расширить область применения, за счет возможности применения во всех типах электромеханических преобразователей энергии на управляемых магнитных подшипниках, повысить энергоэффективность посредством применения магнитных подшипников, снизить массогабаритные показатели, благодаря использованию сигнала с системы управления магнитными подшипниками в качестве сигнала для торможения.

В результате достигается мгновенный останов ротора, а также возможность применения во всех типах электромеханических преобразователей энергии на управляемых магнитных подшипниках.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для торможения ротора электромеханического преобразователя энергии на магнитных подшипниках. Технический результат - мгновенный останов ротора, а также возможность применения во всех типах электромеханических преобразователей энергии на управляемых магнитных подшипниках. В способе торможения ротора электрической машины сигнал для торможения ротора подают с системы управления управляемых магнитных подшипников, при этом тормозной момент создают электромагнитами управляемых магнитных подшипников путем подачи тока на их обмотки. 2 ил.

Способ торможения ротора электрической машины на магнитных подшипниках, заключающийся в создании тормозного момента, отличающийся тем, что сигнал для торможения ротора подают с системы управления управляемых магнитных подшипников, при этом тормозной момент создают электромагнитами управляемых магнитных подшипников путем подачи тока на их обмотки.