Пускорегулирующее устройство асинхронного электродвигателя с фазным ротором
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в электроприводах переменного тока на базе асинхронного электродвигателя с фазным ротором, индукционных резисторов в каждой фазе ротора и соединенных в треугольник тиристоров, преимущественно для крановых механизмов подъема и перемещения, требующих получения пониженных скоростей и получения скоростей естественной механической характеристики электродвигателя.
Задача - создание многофункционального устройства, в котором возможно выполнение функций устройства пуска электродвигателя с выходом на естественную механическую характеристику и регулирование скорости электродвигателя.
Задача достигается тем, что в электроприводе с асинхронным электродвигателем с фазным ротором, индукционными резисторами в каждой фазе ротора, тиристорами, соединенными в треугольник, и схемой управления, включающей в себя трансформаторы, подключенные к напряжению на кольцах ротора, блок формирования обратной связи, источник питания, блок задания напряжений, блок разрешения выхода на естественную характеристику, интегратор формирования темпа выхода на естественную характеристику, по числу фаз ротора блоки выделения положительных полуволн, блоки формирования пилообразных напряжений, сумматоры и блоки формирования управляющих импульсов тиристоров или симисторов, введен блок сравнения и управления тиристорами или симисторами и коммутатор, который при включении командоаппарата в крайнее положение включает блок сравнения и управления тиристорами или симисторами и своим подключением изменяет соединения в схеме управления таким образом, что устройство выполняет функции вывода электродвигателя на естественную механическую характеристику,
при отключении командоаппарата из крайнего положения коммутатор отключен, и блоки в схеме управления соединяются для выполнения функции регулирования скорости. 6 ил.
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в электроприводах переменного тока на основе асинхронного электродвигателя с фазным ротором, в основном для крановых механизмов подъема и перемещения, требующих пониженных скоростей выбора слабины канатов, посадочных скоростей и для точной остановки, а также работу на максимально возможных скоростях.
Известны устройства, которые обеспечивают регулирование скорости или выход на естественную механическую характеристику электродвигателя для получения максимально возможной скорости двигателя. Устройства используют индуктивные резисторы (импедансы), которые еще называют дросселями, а электроприводы с их использованием - дроссельными асинхронными электроприводами.
Известное пускорегулирующее устройство (статья "Электротехнические системы и комплексы". Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 12. Магнитогорск 2006. Борисов А.М., Драчев Г.И., Лях Н.Е., Нестеров А.С., Шишков А.Н.) содержит индукционные резисторы в каждой фазе ротора, тиристоры, замыкающие в треугольник выходы индукционных резисторов, подключенных к кольцам ротора, трансформаторы, первичные обмотки которых также подключены к кольцам ротора, блок формирования обратной связи, блоки выделения положительных полуволн напряжения на кольцах ротора, блоки формирования пилообразного напряжения, сумматоры и блоки суммирования и управления тиристорами, блок задания напряжения управления скоростью.
Устройство, принятое за прототип, (патент на полезную модель RU 55229u1, МПК Н025 5/00, МПК Н02Р 7/00, опубликован 27.07.2006 бюл. №21) содержит индукционные резисторы в каждой фазе ротора, тиристоры,
замыкающие в треугольник кольца ротора в конце пуска электродвигателя, узел формирования напряжения обратной связи, вход которого подключен к напряжению на кольцах ротора непосредственно или через трансформаторы, блок разрешения работы, формирователи пилообразных напряжений для каждой фазы отдельно, узлы выделения положительных полуволн напряжений между кольцами ротора, источник питания, подключаемый к статорным цепям электродвигателя или независимому источнику, блок интегрирования, блок формирования управляющих импульсов на тиристоры, блок задания напряжений.
Анализ описаний представленных устройств показывает, что они имеют большое количество блоков и узлов с одинаковыми функциональными назначениями.
Конструктивно тиристоры можно выделить в силовой блок, а всю управляющую часть расположить на панели управления (ПУ).
В основу заявляемого решения положена техническая задача создания устройства, которое, используя однотипные блоки и узлы, в зависимости от режима работы выполняет функции устройства пуска электродвигателя с выходом на естественную механическую характеристику или устройство регулирования скорости электродвигателя.
Указанная техническая задача решается тем, что пускорегулирующее устройство асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержащее индукционные резисторы в каждой фазе ротора, тиристоры или симисторы, соединенные в треугольник, трансформаторы, первичная обмотка каждого из которых подключены к кольцам ротора, а вторичные подключены к входу блока формирования обратной связи и к блокам выделения положительных полуволн напряжения, выход каждого из которых подключен ко вторым входам каждого блока формирования пилообразного напряжения, выходы каждого блока формирования пилообразного напряжения подключены к первым входам каждого блока формирования управляющих импульсов тиристоров или симисторов, выходы которых подключены непосредственно к управляющим
электродам тиристоров или симисторов соответствующих фаз, соединенных в треугольник и подключенных непосредственно к кольцам ротора асинхронного электродвигателя, выход блока формирования обратной связи подключен к первому входу блока разрешения, к первому входу блока формирования пилообразного напряжения каждой фазы, источник питания, вход которого подключен к статорным цепям электродвигателя, а выход - к блоку задания напряжения, формирующий фиксированные напряжения на второй вход блока разрешения работы, выход которого подключен к третьим входам каждого блока формирования пилообразных напряжений и первому входу блока интегрирования, выход блока интегрирования подключен ко вторым входам каждого блока формирования управляющих импульсов тиристоров или симисторов, второй выход блока задания напряжений подключен к четвертым входам блока формирования пилообразных напряжений, третий выход блока задания напряжений подключен ко второму входу блока интегрирования, согласно предложению пускорегулирующее устройство снабжено коммутатором, вход которого подключен к первому выходу блока командоаппарата, выходным элементом которого являются контакторы, блоком сравнения и управления тиристорами или симисторами и сумматорами, у которых в каждой фазе первые входы подключены через размыкающий контакт коммутатора к выходу блока формирования обратной связи, а вторые входы - к каждому блоку формирования пилообразных напряжений, выходы сумматора подключены к первым входам каждого блока формирования управляющих импульсов тиристора или симистора и через размыкающие контакты к первым входам каждого блока сравнения и управления тиристорами или симисторами, выходы которых подключены непосредственно к управляющим электродам тиристоров или симисторов соответствующих фаз, соединенных в треугольник и подключенных непосредственно к выводам индукционного резистора, второй выход блока командоаппарата через размыкающий контакт подключен ко вторым входам каждого блока сравнения и управления тиристорами или симисторами, выход блока разрешения через
замыкающий контакт подключен к третьему входу каждого блока формирования пилообразного напряжения, второй выход блока задания напряжения через замыкающий контакт подключен к четвертым входам каждого блока формирования пилообразного напряжения, пятый выход блока задания напряжения через замыкающий контакт подключен к третьим входам каждого блока сравнения и управления тиристорами или симисторами.
Кроме того, устройство может содержать в выше описанной схеме блоки выделения положительной полуволны и блоки формирования пилообразного напряжения, сумматоры, блок разрешения, блок интегрирования и коммутатор совместно с контактами образуют блок выделения импульса, который выполнен в виде программируемого контроллера с сохранением функций всех перечисленных блоков.
Сущность полезной модели поясняется следующими рисунками.
На фиг.1 - дана функциональная схема пускорегулирующего устройства, выполняющая функции двух устройств, одно из которых обеспечивает регулирование скорости электродвигателя, а другое - выход электродвигателя на естественную механическую характеристику.
На фиг.2 - функциональная схема подключения устройства только для пуска электродвигателя с выходом на естественную механическую характеристику.
На фиг.3 - функциональная схема подключения устройства только для регулирования скорости электродвигателя.
На фиг.4 - графики механических характеристик, при этом характеристика 1 - естественная механическая характеристика, 2 - характеристика с индукционными пусковыми резисторами в роторной цепи, 3 - показывает переход с характеристики с индукционными резисторами на естественную характеристику.
На фиг.5 - график механических характеристик, при этом характеристика 1 соответствует схеме с индукционными резисторами, соединенными накоротко в звезду, характеристика 2 соответствует пониженной скорости в
двигательном режиме, характеристика 3 соответствует пониженной скорости в режиме торможения противовключением.
На фиг.6 - функциональная схема пускорегулирующего устройства, реализованного на программируемом контроллере ПК.
Пускорегулирующее устройство (фиг.1) включает в себя асинхронный электродвигатель (M1) 1 с фазным ротором, блок индукционных резисторов (ИР) 2, блок силовых тиристоров для выхода электродвигателя на естественную характеристику (БС ВЕХ) 3, блок силовых тиристоров для регулирования скорости электродвигателя (БС PC) 4, панель управления выходом на естественную характеристику и регулированием скорости (ПУ) 5.
Блоки силовых тиристоров 3 и 4 имеют одинаковое схемное исполнение, но могут отличаться тиристорами, так как при работе на естественной характеристике токи ротора меньше, чем при регулировании скорости.
На панели управления 5 размещаются трансформаторы 6, каждый с двумя вторичными обмотками. Первичные обмотки трансформаторов подключены к кольцам ротора электродвигателя. Первые вторичные обмотки трансформаторов подключены к выходам блока обратной связи (БФОС) 7, а вторые вторичные обмотки трансформаторов - к входам блоков выделения положительной полуволны напряжения трансформаторов (БВПН) 8. Выход блока 7 подключен к первому входу блока разрешения работы выхода на естественную характеристику (БР) 9, к первым входам блоков формирователей пилообразных напряжений (БФПН) 10 и через размыкающий контакт 11.3 коммутатора (К) 11 - к первым входам сумматоров (
) 12 каждой фазы отдельно. Выходы сумматоров 12 подключены к первым входам каждого блока формирования управляющих импульсов тиристора или симистора (БФУИ) 13, которые подают отпирающие импульсы на электроды управления тиристорами или симисторами силового блока 3 и через размыкающие контакты 11.6, 11.7, 11.8 подключены к первым входам каждого блока сравнения и управления тиристорами или симисторами 14. Выходы блоков выделения положительных полуволн 8 подключены ко вторым входам блоков формирования
пилообразного напряжения 10. Источник питания (ИП) 15 панели управления подключен к статорным цепям электродвигателя 1 или к независимому источнику. Выход источника питания подключен к блоку задания напряжения (БЗН) 16, имеющему 5 выходов. Напряжение первого выхода подключено к входу блока разрешения 9. В блоке разрешения рассматриваемое напряжение сравнивается с напряжением выхода блока 7 и, если напряжение с блока 7 меньше напряжения с блока 16 и есть команда разгона до скорости максимальной V max, поступающая с командоаппарата (КА) 17 на третий вход блока разрешения, то на выходе блока 9 появляется сигнал разрешения. Этот сигнал разрешения приходит на первый вход блока интегрирования (БИ) 18 и через замыкающий контакт 11.2 коммутатора (К) 11 - на третий вход блоков 10. Блок интегрирования 18, получив сигнал разрешения, интегрирует напряжение с третьего выхода блока задания напряжения 16 и поступает на вторые входы блоков формирования управляющих импульсов тиристоров 13. Второй выход блока задания напряжения 15 через контакт 11.1 коммутатора 11 подключается к четвертым входам блоков формирования пилообразного напряжения 10. Третий вход блока задания напряжений подключен ко второму входу блока интегрирования 18. Четвертый выход блока задания напряжения 15 подключен к третьим входам каждого блока формирования управляющих импульсов 13. Пятый выход блока задания напряжения 15 через замыкающий контакт подключен к третьим входам блока сравнения и управления тиристоров или симисторов каждой фазы. Напряжение задания скорости вращения электродвигателя U зс от командоаппарата 17 через размыкающий контакт 11.5 коммутатора 11 поступает на вторые входы блоков сравнения и управления тиристорами или симисторами 14. Выходы блока 14 подключены к управляющим электродам тиристоров или симисторов блока силового регулирования скорости электропривода соединенных в треугольник и подключены к выводам индукционного резистора 2. Описанная выше функциональная схема реализована на программируемом контроллере (ПК), функциональная схема которого показана на фиг.6.
На фиг.1 показано использование устройства в двух функциональных возможностях, управление осуществляется от одного командоаппарата 17. Командоаппарат для управления роторной цепью выдает два сигнала: команду выхода на естественную характеристику V max при крайних положениях рукоятки командоаппарата и напряжение задания скорости электродвигателя Uзс, изменяющееся от положения рукоятки командоаппарата от 0 до максимального значения Uзсм. Значение U зсм имеет место при крайних положениях командоаппарата. При Uзсм тиристоры силового блока регулирования скорости 4 открыты и соединяются в звезду нижние концы индукционных резисторов. При этом имеет место сигнал Vmax и обеспечивается выход на естественную характеристику панелью 5 и силовым блоком 3.
Устройство используется только для выхода на естественную характеристику (фиг.2) и только для регулирования скорости (фиг.3). Представленные на фиг.2 и фиг.3 схемы отличаются включением силовых блоков и подключением командоаппарата к панели управления. На фиг.2 и фиг.3 сохранены позиционные обозначения составляющих, принятые на фиг.1.
На фиг.4 показано, что при отключенном устройстве выхода на естественную характеристику и моменте статическом Мcт в установившемся режиме работы электродвигатель работает со скоростью 
стд. При включении устройства она вступает в работу при скорости перехода пep, задаваемой напряжением со второго выхода блока задания напряжения на четвертые входы блоков формирования пилообразных напряжений, и по характеристике 3 обеспечивается переход на естественную механическую характеристику 1, и в установившемся режиме будет работать со скоростью сте.
На фиг.5 представлены механические характеристики электропривода, когда устройство подключено как регулятор скорости. Выводы устройства выхода на естественную характеристику при этом отключены. Характеристика 1 соответствует случаю полностью открытых тиристоров (фиг.3), т.е. при замкнутой звезде тиристоров или симисторов, что имеет место только при Uзсм. Характеристика 2 соответствует работе электропривода на пониженной
скорости в двигательном режиме, а характеристика 3 - работе двигателя в режиме торможения противовключением.
Принципы формирования управляющих импульсов на тиристоры или симисторы при выполнении предлагаемым устройством функции выхода на естественную механическую характеристику и функции регулирования скорости остаются такими же, как у известных устройств. Особенностью предлагаемого устройства является то, что большинство блоков взятых за основу совпадают с прототипом и дополнительно вводится коммутирующее устройство, которое включается/отключается сигналом поступающим с крайнего положения командоаппарата и блок сравнения и управления тиристором или симистором для каждой фазы при включенном крайнем положении командоаппарата.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает:
- две совершенно разные функции в одном конструктиве, что расширяет область применения устройства;
- на складе для резервирования оборудования потребуется содержать меньше устройств, благодаря их большим функциональным возможностям;
- обслуживающему персоналу потребуется изучать одно устройство вместо двух.
- приводит к сокращению номенклатуры оборудования необходимого для реализации электроприводов на базе асинхронных электродвигателей и индукционных резисторов и сокращению количества резервируемого оборудования для ремонтных работ.
Предлагаемое универсальное пускорегулирующее устройство успешно испытано в лаборатории на асинхронном электродвигателе мощностью 3,5 кВт.
Полезная модель предназначена для использования в электроприводах переменного тока на базе асинхронного электродвигателя с фазным ротором и индукционных резисторов в каждой фазе ротора крановых механизмов
подъема и передвижения, буровых установок и других промышленных механизмов.
1. Пускорегулирующее устройство асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержащее индукционные резисторы в каждой фазе ротора, тиристоры или симисторы, соединенные в треугольник, трансформаторы, первичная обмотка каждого из которых подключена к кольцам ротора, а вторичные подключены к входу блока формирования обратной связи и к блокам выделения положительных полуволн напряжения, выход каждого из которых подключен ко вторым входам каждого блока формирования пилообразного напряжения, выходы каждого блока формирования пилообразного напряжения подключены к первым входам блока формирования управляющих импульсов тиристоров или симисторов, выходы которых подключены непосредственно к управляющим электродам тиристоров или симисторов соответствующих фаз, соединенных в треугольник и подключенных непосредственно к кольцам ротора асинхронного электродвигателя, выход блока формирования обратной связи подключен к первому входу блока разрешения, к первым входам блоков формирования пилообразного напряжения каждой фазы, источник питания, вход которого подключен к статорным цепям электродвигателя, а выход - к блоку задания напряжения, формирующий фиксированные напряжения на второй вход блока разрешения работы, выход которого подключен к третьим входам каждого блока формирования пилообразных напряжений и первому входу блока интегрирования, выход блока интегрирования подключен ко вторым входам каждого блока формирования управляющих импульсов тиристоров или симисторов, второй выход блока задания напряжений подключен к четвертым входам блока формирования пилообразных напряжений, третий выход блока задания напряжений подключен ко второму входу блока интегрирования, отличающееся тем, что пускорегулирующее устройство снабжено коммутатором, вход которого подключен к первому выходу блока командоаппарата, выходным элементом которого являются контакты, блоком сравнения и управления тиристорами или симисторами и сумматорами, у которых в каждой фазе первые входы подключены через размыкающий контакт коммутатора к выходу блока формирования обратной связи, а вторые входы - к каждому блоку формирования пилообразных напряжений, выходы сумматора подключены к первым входам каждого блока формирования управляющих импульсов тиристора или симистора и через размыкающие контакты к первым входам каждого блока сравнения и управления тиристорами или симисторами, выходы которых подключены непосредственно к управляющим электродам тиристоров или симисторов соответствующих фаз, соединенных в треугольник и подключенных непосредственно к выводам индукционного резистора, второй выход блока командоаппарата через размыкающий контакт подключен ко вторым входам каждого блока сравнения и управления тиристорами или симисторами, выход блока разрешения через замыкающий контакт подключен к третьему входу каждого блока формирования пилообразного напряжения, второй выход блока задания напряжения через замыкающий контакт подключен к четвертым входам каждого блока формирования пилообразного напряжения, пятый выход блока задания напряжения через замыкающий контакт подключен к третьим входам каждого блока сравнения и управления тиристорами или симисторами.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блоки выделения положительной полуволны, блоки формирования пилообразного напряжения, сумматоры, блок разрешения, блок интегрирования и коммутатор совместно с контактами образуют блок выделения импульса, который выполнен в виде программируемого контроллера с сохранением функций всех перечисленных блоков.
