Способ ограничения вихревых токов в разомкнутом магнитопроводе индуктора с 3-х фазной обмоткой переменного тока и устройство для его реализации Российский патент 2019 года по МПК H02P25/06 H02K41/02 H02K29/08 

Известно, что электросварка основана на эффекте дуги, возникающей в месте контактного разрыва тока между электродом и электропроводящим материалом, в котором электромагнитная энергия преобразуется в тепловую, вызывая расплавление электрода. В линейных асинхронных (синхронных) электродвигателях (ЛАД), имеющих индуктор с разомкнутым магнитопроводом с 3-х фазной обмоткой переменного тока, фазы которой сдвинуты относительно друг друга в пространстве, а фазы напряжения источника питания сдвинуты во времени, возникает магнитное поле в котором суммарный максимум магнитных потоков 3-х фазной обмотки Ф_макс, двигаясь с одного края разомкнутого магнитопровода до другого периодически сходит и вновь появляется на противоположном краю магнитопровода. Процесс исчезновения Ф_макс на краю разомкнутого магнитопровода связан с возникновением вихревых магнитных потоков, создающих греющие потери, т.е. преобразуют подобно сварке электромагнитную энергию в тепловую.

Очевидно, что радикальным решением для ограничения вихревых магнитных потоков является кратковременное периодическое обесточивание обмоток индуктора вовремя схода Ф_макс с края разомкнутого магнитопровода либо путем размыкания соединений фаз (при схеме соединений в треугольник), либо отключением обмоток (с соединением фаз по схеме «звезда») от источника питания с последующим восстановлением режима к моменту появления новой волны Ф_макс следующего периода синусоид напряжения фаз источника питания. При частоте питания f=50 Гц длительность периода движения магнитного потока составляет Т=0,02 с, поэтому коммутацию можно осуществить только с помощью бесконтактных электронных (электромагнитных) двухсторонних ключей, а в качестве управляющих элементов использовать магнитные датчики Холла. В случае необходимости реверсирования движения магнитного поля в индукторе датчики нужно устанавливать на обоих краях разомкнутого магнитопровода, а в электрической схеме управления обеспечить их взаимную блокировку, т.к. датчик при образовании новой волны Ф_макс не должен работать. При реверсировании роли датчиков функционально меняются местами.

Очевидно, что для настройки нужного режима, необходимо ввести амплитудный порог ограничения срабатывания датчика по величине Ф_макс, причем передним фронтом волны магнитного потока электрическая схема управления осуществляет обесточивание обмоток индуктора, а задним фронтом волны магнитного потока восстанавливает эти соединения.

На Фиг. 1 и Фиг. 2 изображены: электросхема управления и регулирования электропривода, контактная электросхема соединений реверсивного электропривода с индуктором, имеющим разомкнутый магнитопровод, при питании от сети автономного источника и на фигурах обозначено:

1 - - магнитный пускатель (управление движения «вперед»);

2 - - магнитный пускатель («управление движения «назад»);

1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.2, 2.3 силовые контакты соответственно пускателей 1 и 2;

1.4, 1.5, 1.6, 2.7, 2.8, 2.9 - блок-контакты пускателей 1 и 2;

3 - блок отсечки опорного порога напряжения сигнала управления;

4 - регулятор порога опорного напряжения;

5 - магнитный датчик Холла «вперед»;

6 - магнитный датчик Холла «назад»;

7 - сумматор сигналов управления;

8, 9, 10 - фазные обмотки трехфазного разомкнутого магнитопровода индуктора;

11.1 - пусковая кнопка «вперед»;

11.2 - пусковая кнопка «назад»;

11.3 - пусковая кнопка «стоп»;

12 - выход сумматора 7 с тактовым периодом Т волны магнитного потока;

13.1, 13.2 - электронные двухсторонние ключи;

15 - преобразователь частоты питания индуктора (инвертор);

16 - индуктор с трехфазный обмоткой на разомкнутом магнитопроводе.

21.1, 21.2, 21.3 - фазы 3-х фазного напряжения источника питания;

На Фиг. 3 изображены:

синусоиды А, В, С магнитных полей 3-х фаз обмоток 8, 9,10 индуктора 16;

17.1, 17.2 - место установки магнитных датчиков Холла 5 и 6;

18 - схема направления движения «вперед» и «назад» волны максимума суммарных магнитных потоков 3-х фаз обмоток 8, 9, 10 индуктора 16:

19 - суммарный максимум волн магнитных потоков фаз индуктора (Ф - магнитный поток, Вб);

20 - порог ограничения опорного сигнала;

Схема работает следующим образом:

При нажатии 11.1 (кнопкой «вперед») пускатель 1, включает контактами 1.1, 1.2, 1.3 обмотки 8, 9, 10 фаз индуктора 16 в сеть (источник питания 15) и контактом 1.6 замыкает цепь входа в сумматор 7 от датчика 5, установленного на краю индуктора магнитопровода 16, от которого идет волна 19 - Ф_макс при движении 18 «вперед».

При включении кнопкой 11.2 пускателя 2 «назад» контактами 2.2, 2.3, две фазы 9, 10 обмотки магнитопровода 16 переключаются в источнике 15, а контакт 2.8 пускателя 2 одновременно отключает пускатель 1, который контактом 1.6 отключает выход датчика 5 к сумматору 7, пускатель 2 подключает блок контактом 2.9 сигнал датчика 6 к сумматору 7.

В течении всего времени Т движения 18 («вперед» или «назад») периодически отключаются - включаются электронные ключи 13.1 и 13.2 в обмотках фаз индуктора 16 и работает один из двух магнитных датчиков 5 или 6 в зависимости от направления движения 18 («вперед» или «назад»).

Порог срабатывания 20 в сумматоре 7 устанавливается изменением величины отрицательного опорного напряжения блока отсечки 3 регулятором 4.

Когда сигнал от магнитных датчиков 5 или 6 преодолевает порог 20, тогда передний фронт 19 волны Ф_макс через электронную схему управления сумматора 7 отключает через выход 12 входы управления электронных ключей 13.1 и 13.2, а при выходе Ф_макс, - задним фронтом волны 19 восстанавливает питание обмоток 8, 9, 10 индуктора 16. Процесс повторяется в каждый новый период Т движения волны 19 максимума Ф_макс суммы магнитных полей фаз индуктора 16.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении к.п.д. В разомкнутом магнитопроводе с 3-хфазной обмоткой переменного тока при подходе волны максимума суммы магнитных полей 3-х фазной обмотки к краю магнитопровода, в котором фазы сдвинуты вдоль индуктора между собой на 120 градусов, а обмотки 3-х фазного напряжения источника питания сдвинуты между собой на 120 градусов, наводятся вихревые токи, преобразующиеся в тепло, что резко понижает к.п.д. электрической установки и требует дополнительных мер по охлаждению. Предлагается на время превышения амплитуды суммарного максимума магнитных полей 3-х фаз над порогом ограничения через электрическую схему управлении с помощью магнитных датчиков на участке схода движущегося периодически магнитного потока размыкать и замыкать 3-х фазные обмотки электронными двухсторонними ключами. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ ограничения вихревых токов в разомкнутом магнитопроводе индуктора с 3-х фазной обмоткой переменного тока, фазы которых сдвинуты в пространстве, а синусоиды напряжения источника питания сдвинуты во времени, отличающийся тем, что при подходе волны движущегося суммарного максимума магнитных потоков трех фаз к краю разомкнутого магнитопровода обмотки индуктора размыкают электрическую схему соединений обмоток передним фронтом волны максимума, а задним фронтом волны максимума замыкают схему электрических соединений, причем процесс повторяют периодически с каждой новой волной этого максимума

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при схеме соединений обмоток «звезда» в двух фазах обмотки индуктора, а при схеме соединений обмоток «треугольник» в каждой фазе установлены двухсторонние электронные ключи, к входам управления каждого из которых подключен выход электронного сумматора, один из входов которого соединен с выходом блока ограничения, а один из двух других входов через нормально открытый блок-контакт магнитного пускателя направления движения «вперед» сумматора соединен с выходом магнитного датчика Холла «вперед», а другой вход сумматора через нормально открытый блок-контакт магнитного пускателя направления движения «назад» соединен с выходом магнитного датчика Холла «назад», причем магнитные датчики Холла устанавливают: один - на одном краю разомкнутого магнитопровода, а другой магнитный датчик Холла - на противоположном краю разомкнутого магнитопровода.