ИМПУЛЬСНЫЙ СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2016 года по МПК H02P25/18 H02P3/20 F16H48/00 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано при проектировании систем регулирования тяговых усилий ведущих мотор-колес в тяжелой технике, требующей разворота на месте.

Известен способ регулирования двухдвигательного электропривода текстильных машин по авторскому свидетельству №166948, 1962 [1], принятый в качестве прототипа, в котором изменение соотношения скоростей двух двигателей постоянного тока независимого возбуждения с последовательно включенными якорными цепями на общий источник напряжения и валами приводных механизмов - вальянами, соединенными через перематываемую ткань, «осуществляют в функции моментов двигателей, для чего якорь двигателя ведомого вальяна шунтируют омическим сопротивлением при одновременном ослаблении его потока возбуждения».

Такой способ автоматического регулирования соотношения скоростей двигателей обеспечивает поддержание заданного натяжения и линейной скорости перематываемой ткани при различных моментах нагрузки, которые многократного изменяются из-за роста - убывания радиуса роликов с тканью.

В литературе [2, 3] показано, что схема электропривода по способу А.С. №166948 является аналогом механического узла трансмиссии транспортных средств - дифференциала, распределяющего крутящий момент карданного вала между полуосями приводных колес, и потому названа «Электрическим дифференциалом - ЭД».

Для устранения основного недостатка механических трансмиссий с дифференциалом, когда при потере сцепления одного колеса с поверхностью движения (пробуксовке), - второе колесо останавливается, разработаны очень сложные и достаточно ненадежные механизмы регулирования названного узла [5]. По простоте, надежности и практически неограниченным возможностям регулирования ЭД несопоставим с такими механизмами. В автосамосвалах особо большой грузоподъемностью (свыше 75 т) мировой автопром вообще давно отказался от механических трансмиссий и перешел на электропривод с ведущими мотор-колесами [4].

Недостатком известного способа регулирования ЭД является ограниченность сферы его применения - только в электроприводах постоянного тока.

Двухдвигательный электропривод переменного тока с последовательным включением статорных обмоток на общий источник напряжения, когда валы приводных механизмов жестко не связаны, также обладает свойствами ЭД, но требует другого способа регулирования.

Известна нерегулируемая схема электрического дифференциала на асинхронных короткозамкнутых двигателях для шахтных пневмоколесных машин [6]. В такой схеме перераспределение частот вращения между приводными двигателями осуществляется в функции нагрузки связью между приводными пневмоколесами через поверхность движения, сопровождается значительными динамическими усилиями в звеньях трансмиссий и не исключает режима пробуксовки. В схеме электрического дифференциала переменного тока способ изменения соотношения скоростей двух технологически связанных механизмов путем шунтирования, например, дросселями насыщения обмоток приводных двигателей обеспечивает лишь подрегулировку частоты вращения их валов в пределах жесткости электромеханических характеристик на данной базовой скорости, определяемой частотой питающей сети, а потому неэффективен и применим на частотах до 5 Гц [7]. Подобными же свойствами обладает и известная схема двухдвигательного асинхронного привода при последовательном включении статорных обмоток [8].

Технический результат заявленного изобретения заключается в обеспечении предельного быстродействия и расширения диапазона регулирования частоты вращения двигателя.

Технический результат достигается тем, что в способе за счет прямого воздействия на магнитный поток бегущего поля статора регулируемого двигателя путем импульсного включения его противоположной полярности, возникающей при переключении двух его статорных обмоток в фазах источника напряжения, происходит частичное или полное гашение этого поля.

При этом дифференциальная схема обеспечивает согласованное регулирование обоих двигателей - если один двигатель тормозится, то второй - разгоняется. Подбирая величины продолжительности импульса и цикла пульс-пары в зависимости от величины электромеханической постоянной времени электропривода проектируемого механизма можно избежать ударных электродинамических нагрузок.

При сохранении команды регулируемый двигатель реверсируется.

Очевидно, что для обеспечения тормозного режима регулируемого двигателя время импульса противовключения должно быть больше, чем время паузы, когда схема электропривода возвращается в исходное положение.

При этом величина пиков регулировочных токов в последовательно соединенных обмотках будет ограничиваться за счет электродвигателя, работающего в обычном режиме, и будет зависеть от степени насыщения магнитопровода.

На чертежах приведены схемы, поясняющие сущность заявленного изобретения.

На рис.1 представлена схема включения силовых цепей электродвигателей.

На рис.2 представлена схема включения контактной аппаратуры.

На Рис.1 и Рис.2 обозначено:

1D1, 2D1, 3D1 - первая, вторая, третья статорные обмотки первого двигателя D1;

1D2, 2D2, 3D2 - первая, вторая, третья статорные обмотки второго двигателя D2;

Н, K - входной и выводной зажимы обмоток двигателей;

ОЗ - общий зажим проводов вторых обмоток;

1÷16, K1, Т1 - силовые контакты магнитных пускателей;

К2б, Т2б - блокконтакты;

КВ1, КВ2 - реле времени;

Р - промежуточное реле;

Δt₁, Δt₂ - выдержка времени;

DBC - двигатель внутреннего сгорания;

СГ - синхронный генератор;

АБ - аккумуляторная батарея;

А, В, С - фазы источника питания;

ПН - преобразователь напряжения.

Способ реализуется следующим образом. В рабочем режиме пары пускателей П1, П2 и П3, П4 контактами 1÷8 собирают статорные обмотки двигателей АД1, АД2 в общий «треугольник».

В зависимости от нажатия конечных выключателей КВ1 или КВ2 пары тормозных пускателей К1, К2 или Т1, Т2 контактами 9, 10, 11, 12 или 13, 15, 16, 14, переключая две статорные обмотки в фазах источника напряжения, включают режим реверсирования - «противовключения» (изменения направления вращения магнитного поля) своего двигателя, а свободными силовыми контактами К1 или Т1 включают РВ1 и запускают программу импульсного торможения - реверсирования двигателя. Реле времени РВ1 с выдержкой времени Δt₁ включает реле Р и реле времени РВ2, реле Р своим нормально закрытым контактом 2Р отключает тормозные пускатели - начинается рабочая пауза. Реле времени РВ2 с выдержкой времени Δt₂, отсчитав паузу, нормально закрытым контактом РВ2 отключает реле Р, РВ1 и цепь самоблокировки их через 1Р; затем, при сохранении команды цикл повторяется, - через нормально закрытый контакт 2Р отпавшее реле Р снова включает пускатели К или Т. Третья обмотка двигателя в схеме не переключается. Схема работает во всем диапазоне изменения частот источника питания при базовом регулировании скорости электропривода.

Источники информации

1. С.В. Пастин, А.Е. Панков. Способ регулирования двухдвигательного электропривода текстильных машин. А.с. №166948, 1962 г.

2. С.В. Пастин. Кандидатская диссертация: Разработка и исследование двухдвигательного электропривода перематывающих механизмов, 1966 г. ИЭИ.

3. С.В. Пастин и др. Электрический дифференциал в перематывающих механизмах. Электричество №8, 1968 г.

4. С.В. Пастин. Электрический дифференциал автомобилей особо большой грузоподъемности. Автомобильный транспорт №6, 1985 г.

5. Снимщиков В.К. Заявка на патент 20071316 11/11 10.08.2007. Управляемый межколесный (межосевой) дифференциал 20.08.2007 г.

6. К.А. Ананьев и др. Электрический дифференциал на асинхронных короткозамкнутых двигателях для шахтных пневмоколесных машин. Известия ВУЗов. Горный журнал №7, 1971 г.

7. Б.М. Ершов. А.с. №518850. Регулируемый электропривод, 1976 г.

8. В.Н. Лирин. Двухдвигательный асинхронный привод при последовательном включении статорных обмоток. Сборник научных трудов ИЭИ. Выпуск 10. Иваново, 1962 г.

Группа изобретений относится к устройствам или способам управления двигателями переменного тока. Способ импульсного регулирования электрического дифференциала переменного тока (ЭД) включает в себя то, что собирают статорные обмотки двух асинхронных двигателей в общий треугольник. С помощью конечных выключателей, пары тормозных пускателей и контактов переключают две статорные обмотки в фазах источника напряжения, что приводит к перемене направления вращения магнитного поля этого двигателя. С помощью реле контролируют длительность цикла переключения обмоток. Устройство импульсного регулировании ЭД содержит два асинхронных двигателя, статорные обмотки которых соединены последовательно в общий треугольник с помощью четырех пар магнитных пускателей. Технический результат заключается в обеспечении быстродействия и расширения диапазона регулирования частоты вращения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ импульсного регулирования электрического дифференциала переменного тока (~ЭД), отличающийся тем, что собирают статорные обмотки двух асинхронных двигателей в общий треугольник, с помощью конечных выключателей, пары тормозных пускателей и контактов переключают две статорные обмотки одного из двигателей, что приводит к перемене направления вращения магнитного поля этого двигателя, силовыми контактами включают первое реле времени, которое с выдержкой времени Δt₁ включает реле P и второе реле времени, реле P своим нормально закрытым контактом отключает тормозные пускатели - начинает работу пауза, второе реле времени с выдержкой времени Δt₂ отключает реле P и первое реле времени, при сохранении команды цикл повторяется.

2. Устройство импульсного регулирования электрического дифференциала (~ЭД) в режиме ручного управления с фиксированными уставками импульса и паузы встречного магнитного поля, отличающееся тем, что при подключении статорных обмоток магнитными пускателями двух двигателей в общий треугольник зажимы двух контактов первого магнитного пускателя первой пары соединены: первого контакта с входным зажимом первой обмотки первого двигателя и зажимом фазы А синхронного генератора, второго - с выводным зажимом этой обмотки и входным зажимом первой обмотки второго двигателя; во втором пускателе первой пары первый контакт соединен с выводным зажимом второй обмотки первого двигателя и зажимом фазы А генератора, второй - с входным зажимом этой обмотки и общим зажимом проводов между вторыми обмотками двигателей; в первом пускателе второй пары 2 контакта соединены: зажимы первого - с выводным зажимом третьей обмотки второго двигателя и зажимом фазы С генератора, зажимы второго - с входным зажимом этой обмотки и выводным зажимом третьей обмотки первого двигателя, во втором пускателе второй пары 2 контакта соединены: зажимы первого - с входным зажимом второй обмотки второго двигателя и зажимом фазы С генератора, зажимы второго - с выводным зажимом этой обмотки и общим зажимом проводов между вторыми обмотками двух двигателей; в первом пускателе третьей пары 2 контакта соединены: зажимы первого - с выводным зажимом первой обмотки первого двигателя и фазой А генератора, зажимы второго - с входным зажимом этой обмотки и общим зажимом проводов между вторыми обмотками двух двигателей, во втором пускателе третьей пары 2 контакта соединены: зажимы первого - с входным зажимом второй обмотки первого двигателя и зажимом фазы А генератора, зажимы второго - с выводным зажимом этой обмотки и входным зажимом первой обмотки второго двигателя; в первом пускателе четвертой пары 2 контакта соединены: зажимы первого - с входным зажимом второй обмотки второго двигателя и выводным зажимом третьей обмотки первого двигателя, зажимы второго - с выводным зажимом второй обмотки второго двигателя и зажимом фазы С генератора, во втором пускателе четвертой пары 2 контакта соединены: зажимы первого - с входным зажимом третьей обмотки второго двигателя и зажимом фазы С генератора, зажимы второго - с выводным зажимом этой обмотки и общим зажимом проводов между вторыми обмотками двигателя.