Устройство управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором
Полезная модель относится к области частотно-регулируемых электроприводов и может быть использована на электрическом транспорте. Устройство управления содержит блок силового источника питания постоянного тока с нерегулируемым выходным напряжением, блок силового фильтра постоянного тока, блок автономного инвертора напряжения, блоки электродвигателей, блок слаботочного источника питания постоянного тока с регулируемым выходным напряжением, блок формирования управляющих синусоидальных многофазных сигналов переменной частоты, блок согласования и дополнительно введенный блок согласования выходного сопротивления блока автономного инвертора напряжения с входными сопротивлениями N асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Технический результат заключается в упрощении схемы управления, сокращении массогабаритных характеристик, снижении электропотребления в устройстве управления при сохранении синхронной работы N параллельно работающих асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. 1ил.
Полезная модель относится к области частотно-регулируемых электроприводов (ЧРЭП) и может быть использована на электрическом транспорте.
Известно устройство управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором, в котором первый вход блока силового выпрямителя, с регулируемым выходным напряжением, подключен к источнику переменного тока, а первый выход блока силового выпрямителя подключен к входу блока фильтров, где колебания постоянного тока сглаживаются, выход которого подключен к первому входу силового блока автономного инвертора напряжения (АИН) - на коллекторы силовых транзисторов АИН, выход блока АИН подключен к входу блока асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (АДКР), в который поступают усиленные блоком АИН многофазные синусоидальные сигналы переменной частоты, меняющиеся в широких пределах, второй выход блока силового выпрямителя подключен к входу блока слаботочного источника питания постоянного тока с нерегулируемым выходным напряжением, питающим блок, формирующий управляющие многофазные синусоидальные сигналы переменной частоты, вход которого подключен к выходу блока слаботочного источника питания, первый выход блока, формирующего управляющие многофазные синусоидальные сигналы переменной частоты, подключен к второму входу блока АИН, где указанные сигналы усиливаются и поступают в блок АДКР, как управляющие скоростью вращения ротора АДКР, второй выход блока, формирующего управляющие многофазные синусоидальные сигналы переменной частоты, подключен к второму входу блока силового выпрямителя, где регулируется выходное силовое напряжение блока силового выпрямителя в зависимости от частоты, вырабатываемой блоком, формирующим управляющие многофазные синусоидальные сигналы переменной частоты, чем меньше частота, тем меньше выходное напряжение блока силового выпрямителя, и наоборот, чем выше частота блока, формирующего управляющие многофазные синусоидальные сигналы переменной частоты, тем выше выходное напряжение блока силового выпрямителя. При номинальной частоте напряжение блока силового выпрямителя равно номинальному UH (см. Средства оптимизации потребления электроэнергии. Клевцов А.В. М., Солон-пресс, 2004. Рисунки 3.7, 3.13, 3.20, 3.21, 4.7, 4.8, 4.9, 4.11).
Однако данное устройство управления электродвигателями имеет ряд недостатков, заключающихся в следующем.
В электрическом железнодорожном транспорте, а также в целом ряде промышленного производства, особенно тяжелой промышленности, несколько мощных электродвигателей работают параллельно в синхронном режиме, например, в электровозах работают параллельно до восьми электродвигателей более одного МВт каждый из электродвигателей, поэтому необходимо обеспечить синхронную работу всех двигателей с единым управлением.
Силовой блок питания, обеспечивающий постоянным током мощные силовые транзисторы АИН, разрабатывается с выходным напряжением, регулируемым в зависимости от частоты управляющих сигналов блока, формирующего управляющие многофазные синусоидальные сигналы переменной частоты, что значительно усложняет сам блок питания, а также приводит к дополнительным потерям электрической энергии в нем.
Наиболее близким техническим решением является устройство управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором по патенту РФ на изобретение 
2441775, МПК B60L 9/16, B60L 15/20, Н02Р 27/00, 10.02.2012, содержащее блок силового источника питания постоянного тока, вход которого подключен к источнику переменного тока, блок силового фильтра постоянного тока, N блоков автономных инверторов напряжения, блок слаботочного источника питания постоянного тока и блок формирования управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты, при этом первый выход блока силового источника питания постоянного тока подключен к входу блока силового фильтра постоянного тока, выход которого подключен к первому входу каждого из N блоков автономных инверторов напряжения, выход которого подключен к входу блока формирования управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты.
Для обеспечения синхронной работы параллельно работающих асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, уменьшения потерь электрической энергии в схеме управления, снижения массогабаритных характеристик устройства управления электродвигателями, в него дополнительно введен блок согласования, при этом первый вход блока согласования подключен к выходу блока слаботочного источника питания постоянного тока, а второй вход - к первому выходу блока формирования управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты, выход блока согласования подключен одновременно к каждому входу блока автономного инвертора напряжения, блок силового источника питания постоянного тока выполнен с возможностью преобразования переменного тока в постоянный без регулирования величины напряжения постоянного тока на его выходе, блок слаботочного источника питания постоянного тока выполнен с возможностью регулирования выходного напряжения в зависимости от частоты управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты, а второй его вход подключен к второму выходу блока формирования управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты.
Основным недостатком известного устройства является то, что каждый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором питается от одного из N блоков автономных инверторов напряжения, что усложняет схему управления и, соответственно, удорожает ее.
Задачей полезной модели является упрощение и удешевление схемы управления, уменьшение потерь электрической энергии в схеме управления, снижение массогабаритных характеристик устройства управления электродвигателями при сохранении синхронной работы параллельно работающих электродвигателей,
Технический результат достигается тем, что в устройство управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором, содержащее блок силового источника питания постоянного тока, вход которого подключен к источнику переменного тока, блок силового фильтра постоянного тока, блок автономного инвертора напряжения, блок слаботочного источника питания постоянного тока, блок формирования управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты и блок согласования, при этом первый выход блока силового источника питания постоянного тока подключен к входу блока силового фильтра постоянного тока, выход которого подключен к первому входу блока автономного инвертора напряжения, второй выход блока силового источника питания постоянного тока подключен к первому входу блока слаботочного источника питания постоянного тока, выход которого подключен к входу блока формирования управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты и первому входу блока согласования, второй вход которого подключен к первому выходу блока формирования управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты, второй выход которого соединен со вторым входом блока слаботочного источника питания постоянного тока, выход блока согласования подключен к входу блока автономного инвертора напряжения, причем блок силового источника питания постоянного тока выполнен с возможностью преобразования переменного тока в постоянный без регулирования величины напряжения постоянного тока на его выходе, а блок слаботочного источника питания постоянного тока выполнен с возможностью регулирования выходного напряжения в зависимости от частоты управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты, согласно предлагаемой полезной модели, дополнительно введен блок согласования выходного сопротивления блока автономного инвертора напряжения с входными сопротивлениями асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, при этом вход дополнительно введенного блока согласования подключен к выходу блока автономного инвертора напряжения, а каждый его выход - к соответствующему входу каждого асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена блочно-функциональная схема предлагаемого устройства управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором.
Устройство управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором содержит следующие блоки:
1 - блок силового источника питания постоянного тока с нерегулируемым выходным напряжением;
2 - блок силового фильтра постоянного тока;
3 - блок автономного инвертора напряжения (АИН);
4 - асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором;
5 - блок слаботочного источника питания постоянного тока с регулируемым выходным напряжением;
6 - блок формирования управляющих синусоидальных многофазных сигналов переменной частоты;
7 - блок согласования выхода блока 6 с входом блока 3,
8 - дополнительно введенный блок согласования выходного сопротивления блока автономного инвертора напряжения с входными сопротивлениями асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.
Блок 1 силового источника питания постоянного тока с нерегулируемым выходным напряжением своим входом подключен к источнику питания переменного тока (на чертеже не показан). Первый выход блока 1 подключен к входу блока 2 силового фильтра постоянного тока., выход которого подключен к первому входу блока 3 АИН. Второй выход блока 1 подключен к первому входу блока 5 слаботочного источника питания постоянного тока с управляемым выходным напряжением в зависимости от частоты управляющих многофазных синусоидальных сигналов, формируемых блоком 6. Первый выход блока 6 подключен к второму входу блока 7 согласования выхода блока 6 с входом блока 3 АИН, за счет подключения второго входа блока 3 к выходу блока 7, а второй выход блока 6 подключен к второму входу блока 5 Выход блока 5 одновременно подключен к входам блоков 6 и 7 и питает их постоянным током с изменяющимся по величине напряжением.
Отличием предлагаемого устройства управления N асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором является то, что в него дополнительно введен блок 8 согласования выходного сопротивления блока 3 АИН с входными сопротивлениями, параллельно работающих, N асинхронных электродвигателей 4 с короткозамкнутым ротором, при этом вход дополнительно введенного блока 8 согласования подключен к выходу блока 3 АИН, а каждый его выход - к соответствующему входу каждого асинхронного электродвигателя 4 с короткозамкнутым ротором.
Таким образом, в предлагаемом устройстве управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором, по сравнению с прототипом, N электродвигателей подключены к одному блоку 3 АИН через дополнительно введенный блок 8 согласования выходного сопротивления блока 3 АИН с входными сопротивлениями асинхронных электродвигателей 4 с короткозамкнутым ротором.
Работа устройства управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором осуществляется следующим образом.
После включения в работу блока 1 - силового источника питания постоянного тока, переменный ток в блоке 1 преобразуется в нерегулируемый постоянный ток высокого напряжения. В блоке 2 осуществляется сглаживание пульсаций постоянного тока, в блоке 3 АИН управляющие синусоидальные сигналы переменной частоты, поступающие через блок 7 с выхода блока 6, усиливаются и поступают на вход дополнительно введенного блока 8 согласования. С n выходов блока 8 - блока согласования выходного сопротивления блока 3 АИН с входными сопротивлениями асинхронных электродвигателей 4 с короткозамкнутым ротором - фазные напряжения подаются на статорные обмотки N асинхронных электродвигателей 4 с короткозамкнутым ротором, т.е. на базы силовых транзисторов блока 3 АИН подаются управляющие сигналы, меняющиеся как по частоте, так и по амплитуде, и в соответствии с указанным управляющим сигналом на выход t блока 3 АИН появляется высоковольтный сигнал, питающий блок 8 - блок согласования выходного сопротивление блока 3 АИН с входными сопротивлениями N электродвигателей 4.
В блоке 5 слаботочного источника постоянного тока переменный ток преобразуется в постоянный ток с напряжением, регулируемым на выходе блока 5 управляющими многофазными синусоидальными сигналами переменной частоты, поступающими с первого выхода блока 6.
Во время пуска электродвигателей 4 выходное напряжение блока 5 -блока слаботочного источника питания постоянного тока - снижается из-за низкой частоты, вырабатываемой блоком 6, при этом на входы (базы силовых транзисторов) блока 3 АИН поступает пониженное напряжение и транзисторы открываются на незначительную величину, ограничивая токи в статорных обмотках электродвигателей 4. С увеличением частоты управляющих сигналов, вырабатываемых блоком 6, увеличивается выходное напряжение блока 5, а также блока 7 согласования, что больше приоткрывает силовые транзисторы блока 3 АИН. При формировании управляющей частоты, равной номинальной 
H, выходное напряжение блока 5 достигает уровня UНУПР, при котором число оборотов электродвигателей 4 также достигает номинальной частоты НД, номинального напряжения и других параметров. Процедура снижения частоты оборотов электродвигателей 4 происходит в обратной последовательности.
Регулирование напряжения блока 5 - блока слаботочного источника питания постоянного тока - в зависимости от частоты управляющих сигналов с выхода блока 6 регулирует выходные сигналы блока 7 согласования и тем самым регулирует степень открытия и закрытия силовых транзисторов блока 3 АИН, а, следовательно, и уровень подаваемого питания, через блок 8, на статорные обмотки электродвигателей 4.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет от одного блока 3 АИН, через дополнительно введенный блок 8 согласования, синхронно питать N параллельно работающих асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, что обеспечивает упрощение и удешевление схемы управления, уменьшение потерь электрической энергии в схеме управления, снижение массогабаритных характеристик устройства управления.
Устройство управления асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором, содержащее блок силового источника питания постоянного тока, вход которого подключен к источнику переменного тока, блок силового фильтра постоянного тока, блок автономного инвертора напряжения, блок слаботочного источника питания постоянного тока, блок формирования управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты и блок согласования, при этом первый выход блока силового источника питания постоянного тока подключен к входу блока силового фильтра постоянного тока, выход которого подключен к первому входу блока автономного инвертора напряжения, второй выход блока силового источника питания постоянного тока подключен к первому входу блока слаботочного источника питания постоянного тока, выход которого подключен к входу блока формирования управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты и первому входу блока согласования, второй вход которого подключен к первому выходу блока формирования управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты, второй выход которого соединен с вторым входом блока слаботочного источника питания постоянного тока, выход блока согласования подключен к входу блока автономного инвертора напряжения, блок силового источника питания постоянного тока выполнен с возможностью преобразования переменного тока в постоянный без регулирования величины напряжения постоянного тока на его выходе, блок слаботочного источника питания постоянного тока выполнен с возможностью регулирования выходного напряжения в зависимости от частоты управляющих многофазных синусоидальных сигналов переменной частоты, отличающееся тем, что в него дополнительно введен блок согласования выходного сопротивления блока автономного инвертора напряжения с входными сопротивлениями асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, при этом вход дополнительно введенного блока согласования подключен к выходу блока автономного инвертора напряжения, а каждый его выход - к соответствующему входу каждого асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
