Система плавного пуска двигателя

 

Система плавного пуска двигателя содержит клеммы источника питания, клеммы трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам двигателя, устройство пуска, который содержит блок силовых модулей, два разъединителя, блок управления и трансформатор тока, а также выключатель прямого пуска и пульт управления. Достижение требуемого технического результат, заключающегося в улучшении режимов коммутации (режимов пуска и выключения), обеспечивается выполнением блока силовых модулей из трех пар встречно - параллельно включенных силовых тиристоров, на управляющие электроды которых подается сигнал требуемой формы. 1 н.п.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в системах электроснабжения и защиты потребителей от резкого включения и выключения напряжения питания, например, для плавного пуска и торможения электродвигателей.

Известно устройство, содержащее один нереверсивный или два реверсивных контактора, два тепловых реле и кнопки «пуск» и «стоп», при этом, контакторами производится коммутация тока в силовой цепи, тепловые реле обеспечивают защиту от перегрузки, а кнопки «пуск» и «стоп» предназначены для пуска и торможения трехфазного асинхронного или синхронного двигателя [1].

Устройство имеет простую электрическую схему, что обусловило его применение в различных отраслях промышленности. Однако оно обладает относительно узкими функциональными возможностями.

Известно также устройство, содержащее первый, второй и третий входные зажимы для подачи входного линейного напряжения, первый, второй и третий выходные зажимы для подачи выходного линейного напряжения к зажимам электродвигателя, трехфазный выключатель, входные клеммы которого соединены с соответствующими входными зажимами, пускатель, входные клеммы которого соединены с соответствующим выходными клеммами трехфазного выключателя, а выходные клеммы - соединены с соответствующими выходными зажимами, а также блок автоматики, содержащий последовательно соединенные

первый нормально замкнутый контакт, входная клемма которого соединена с первой клеммой блока автоматики, первый нормально разомкнутый контакт, второй нормально замкнутый контакт, обмотку первого реле и третий нормально замкнутый контакт, вторая клемма которого соединена со второй клеммой блока автоматики, второй нормально разомкнутый контакт, включенный параллельно первому нормально разомкнутому контакту, последовательно соединенные второй нормально разомкнутый контакт, первая клемма которого соединена с первой клеммой первого нормально разомкнутого контакта, диод и обмотка второго реле, вторая клемма которой соединена со второй клеммой третьего нормально замкнутого контакта, последовательно соединенные ключ, входная клемма которого соединена с входной клеммой первого нормально замкнутого контакта, и третий нормально разомкнутый контакт, последовательно соединенные четвертый нормально замкнутый контакт, первая клемма которого соединена с выходной клеммой ключа, и обмотка третьего реле, вторая клемма которой соединена со второй клеммой обмотки второго реле [2].

Недостатком устройства также является относительно узкие функциональные возможности.

Другое устройство, содержащее клеммы для подключения трехфазной нагрузки, три реле минимального напряжения, три пары ключей, каждая из которых выполнена в виде первого и второго замыкающего контакта соответствующего реле минимального напряжения, три компенсирующего конденсатора, три фазосдвигающего дросселя, три предохранителя, трехфазный выпрямитель, контактор, при этом, обмотка каждого реле минимального напряжения включена на соответствующее линейное напряжение, каждый из компенсирующих конденсаторов включен

между собственной фазой и опережающей фазой через первый замыкающий контакт реле минимального напряжения соответствующей фазы, каждый из фазосдвигающих дросселей включен между одноименными клеммами для подключения сети и подключения трехфазной нагрузки и шунтирован вторыми ключами, выполненными в виде замыкающих контактов реле минимального напряжения отстающей фазы, предохранители подключены между клеммами для подключения соответствующих фаз сети и соответствующими выводами фазосдвигающих дросселей, входы трехфазного выпрямителя соединены с выходами соответствующих предохранителей, обмотка управления контактора включена между плюсовым и минусовым выходами выпрямителя, обмотка каждого реле минимального напряжения подключена на соответствующее линейное напряжение через соответствующий размыкающий контакт контактора, а каждый из фазосдвигающих дросселей зашунтирован соответствующим замыкающим контактом дополнительного контактора [3], также обладает относительно узкими функциональными возможностями.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является система, содержащая три клеммы источника питания, три клеммы трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам двигателя, три предохранителя, первые клеммы которых подключены к соответствующим клеммам источника питания, устройство пуска, входные клеммы которого подключены к выходным клеммам соответствующих предохранителей, а выходные клеммы подключены к соответствующим клеммам трехфазной нагрузки, выпрямители со стабилизаторами и измерительными органами, подключенными параллельно соответствующим предохранителям, при этом, устройство пуска содержит блок

силовых модулей, выполненный из трех пар инверсно и параллельно включенных силовых тиристоров, входные клеммы которых являются входными клеммами блока силовых модулей и устройства пуска, выходные клеммы - являются выходными клеммами устройства пуска, а клеммы управляющего сигнала - являются клеммами управления силовыми модулями, и блок управления, выполняющий функции формирования сигнала управления силовыми модулями блока силовых модулей, включающий транзисторы, резисторы и оптронные пары, клеммы сигнала управления которого подключены к клеммам управления силовыми модулями блока силовых модулей, при этом, сигнал управления силовыми модулями блока силовых модулей является сигналом управления управляющими электродами силовых тиристоров [4].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, поскольку устройство позволяет отключить нагрузку от источника питания и включить ее через заданную временную задержку в аварийной ситуации, но не позволяет обеспечит плавное изменение напряжения нагрузки для обеспечения, например, плавного включения и выключения электродвигателей.

Требуемый технический результат заключается в улучшении режимов коммутации (режимов пуска и выключения).

Требуемый технический результат достигается тем, что, в систему, содержащую клеммы источника питания, клеммы трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам двигателя, устройство пуска, выходные клеммы которого подключены к клеммам трехфазной нагрузки и который содержит блок силовых модулей, выполненный из трех пар встречно-параллельно включенных силовых тиристоров, и блок управления,

клеммы сигнала управления блоком силовых модулей которого подключены к клеммам управления силовыми модулями блока силовых модулей, которые соединены со входами управления соответствующих силовых тиристоров, введены выключатель прямого пуска, входные клеммы которого подключены к входным клеммам устройства пуска, первые выходные клеммы - соединены с выходными клеммами устройства пуска, а вторые выходные клеммы - подключены к клеммам питания возбудителя двигателя, а также пульт управления, а в устройство пуска введены первый разъединитель, входные клеммы которого являются входными клеммами устройства пуска и подключены к клеммам источника питания, второй разъединитель, входные клеммы которого соединены с выходными клеммами блока силовых модулей, а выходные клеммы - являются выходными клеммами устройства пуска, высоковольтный выключатель, входные клеммы которого подключены к выходным клеммам первого разъединителя, а клеммы управляющего сигнала - подключены к клеммам сигнала управления высоковольтным выключателем блока управления, и трансформатор тока, вход которого подключен между выходными клеммами высоковольтного выключателя и выходными клеммами блока силовых модулей, а выходные клеммы - подключены к клеммам уровня тока блока управления, при этом, первые клеммы пульта управления подключены к клеммам управления первого разъединительного блока, вторые клеммы пульта управления подключены к клеммам управления второго разъединительного блока, третьи клеммы пульта управления подключены к первым клеммам управления выключателя прямого пуска, а четвертые клеммы пульта управления подключены к клеммам управления блока управления, клеммы управления выключателем прямого пуска

которого подключены ко вторым клеммам управления выключателя прямого пуска.

На чертеже представлены: на фиг.1 - электрическая структурная схема системы плавного пуска двигателя, на фиг.2 - блока силовых модулей, на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу блока силовых модулей (на фиг.3,а - временная диаграмма сигнала на входных клеммах, на фиг.3,б - временная диаграмма сигнала на выходных клеммах).

Система плавного пуска двигателя (фиг.1) содержит клеммы 1 источника питания, клеммы 2 трехфазной нагрузки, которые подключены к соответствующим клеммам двигателя 3, устройство пуска 4, выходные клеммы 17 которого подключены к клеммам 2 трехфазной нагрузки и который содержит блок 5 силовых модулей, выполненный из трех пар встречно-параллельно включенных силовых тиристоров.

Кроме того, система плавного пуска двигателя содержит блок 6 управления, клеммы 18 сигнала управления блоком силовых модулей которого подключены к клеммам управления силовыми модулями блока 5 силовых модулей, при этом, сигнал управления силовыми модулями блока 5 силовых модулей является сигналом управления управляющими электродами силовых тиристоров.

Система плавного пуска двигателя содержит также выключатель 7 прямого пуска, входные клеммы 20-1 которого объединены с входными клеммами 20-2 устройства пуска 4 и подключены к клеммам источника питания, первые выходные клеммы 21 - соединены с выходными клеммами устройства пуска 4, а вторые выходные клеммы 22 - подключены к клеммам возбудителя 8 двигателя 3.

Дополнительно система плавного пуска двигателя содержит пульт 9 управления и первый разъединитель 10, входные клеммы которого являются входными клеммами устройства пуска 4, второй разъединитель 11, входные клеммы которого соединены с выходными клеммами блока 5 силовых модулей, а выходные клеммы - являются выходными клеммами устройства пуска 4, высоковольтный выключатель 12, входные клеммы которого подключены к выходным клеммам первого разъединителя 10, а клеммы управляющего сигнала - подключены к клеммам 24 сигнала управления высоковольтным выключателем блока 6 управления, и трансформатор 13 тока, входная цепь которого подключена последовательно с высоковольтным выключателем между выходным клеммам высоковольтного выключателя 12 и клеммами блока 5 силовых модулей, а выходные клеммы подключены - к клеммам уровня тока блока 6 управления, при этом, первые клеммы пульта 9 управления подключены к клеммам управления первого разъединительного блока 10, вторые клеммы пульта 9 управления подключены к клеммам управления второго разъединительного блока 11, третьи клеммы пульта управления подключены к первым клеммам управления выключателя 7 прямого пуска, а четвертые клеммы пульта управления 9 подключены к клеммам управления блока 6 управления, клеммы управления выключателем прямого пуска которого подключены ко вторым клеммам управления выключателя 7 прямого пуска.

Кроме того, первые выходные клеммы 26 пульта 9 управления подключены к клеммам управления первого разъединительного блока 10, вторые выходные клеммы 27 - подключены к клеммам управления второго разъединительного блока 11, третьи выходные клеммы 23 - подключены к первым клеммам управления

выключателя прямого пуска 7, а четвертые выходные клеммы 28 подключены к клеммам управления блока 6 управления, клеммы 25 управления выключателем прямого пуска которого подключены ко вторым клеммам управления выключателя прямого пуска 7.

Блок 5 силовых модулей (фиг.2) содержит три пары 14, 15, 16 встречно-параллельно включенных силовых тиристоров 14-1, 14-2, 15-1, 15-2, 16-1, 16-2, управляющие электроды которых подключены к клеммам сигнала управления блока 5 силовых модулей.

Система выполнена на стандартных элементах электротехники. При этом, блок 6 управления может быть выполнен на микропроцессоре, который программируется в соответствии с приведенным ниже алгоритмом его работы и математическим соотношениями т.е., поскольку блок 6 охарактеризован на функциональном уровне и описываемая форма реализации предполагает использование программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, поэтому представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения таким средством конкретной предписываемой ему в составе данной системе, в частности, приводится алгоритм и соответствующие математические выражения.

Пульт 9 управления может быть выполнен в виде панели с кнопками соответствующего функционального назначения или в виде автоматического устройства, управляющего первым 10 и вторым 11 разъединителями и системой питания блока 6 управления.

Работает система плавного пуска двигателей следующим образом.

Система позволяет путем подачи напряжения непосредственно на клеммы выключателя 7 прямого пуска с выходных клемм пульта

9 обеспечивать прямой неплавный пуск двигателя 8. Однако основной режим работы системы основывается на обеспечении плавного пуска.

Будем считать, что в системе с помощью пульта 9 управления включены первый 10 и второй 11 разъединители, а в блоке 6 управления запрограммированы параметры токовой диаграммы пуска. Для выполнения плавного запуска с помощью пульта 9 управления подается питание в блок 6 управления.

В результате блок 6 управления производит включение высоковольтного выключателя 12, который может быть выполнен в виде вакуумного выключателя. Кроме того, блок управления 6 формирует сигнал управления силовыми модулями в виде импульсов, которые подаются на управляющие электроды встречно-параллельно включенных силовых тиристоров 14-1, 14-2, 15-1, 15-2, 16-1, 16-2.

Импульсы, подаваемые на управляющие электроды тиристоров синхронизированы с напряжением источника питания и сдвинуты относительно перехода через нуль напряжений соответствующих фаз на угол регулирования , величина которого определяется в блоке 6 управления в соответствии с заданной пусковой характеристикой и с учетом сигнала, поступающего с трансформатора тока 13.

В результате происходит пуск синхронного двигателя 3 в асинхронном режиме с заданным уровнем токоограничения. При этом выключатель 7 выключен, на вход питания возбудителя 8 напряжение не поступает, и обмотка возбуждения шунтируется специальным устройством, содержащимся в возбудителе 8.

После разгона двигателя 3 ток в статорной обмотке уменьшается и блок 6 управления выдает команду на включение выключателя 7 прямого пуска, который шунтирует устройство 4 пуска. Со второй выходной клеммы выключателя 7 прямого пуска напряжение подается на вход питания возбудителя 8. При этом отключается устройство, шунтирующее обмотку возбуждения, и на нее подается напряжение питания. В результате происходит втягивание двигателя 3 в синхронный режим работы. После этого блок 6 управления выдает команду на снятие управляющих импульсов с управляющих электродов встречно-параллельно включенных силовых тиристоров 14-1, 14-2, 15-1, 15-2, 16-1, 16-2 и выключение высоковольтного выключателя 12 Процесс плавного запуска двигателя завершен.

Отключение двигателя осуществляется в штатном режиме выключением выключателя прямого пуска 7.

В случае возникновения аварийной ситуации в процессе пуска двигателя 3, например, на технологическом оборудовании, оператор может прервать пуск нажатием кнопки «Стоп» на пульте 9 управления. В этом случае произойдет снятие управляющих импульсов и в бестоковом режиме отключение высоковольтного выключателя 12.

Временные диаграммы напряжения и тока в нагрузке для угла регулирования 75 электрических градусов представлены на фиг.3.

Напряжение на активно-индуктивной нагрузке (фиг.3,б) представляет собой часть входного напряжения синусоидальной формы (фиг.3,а), величина которого изменяется в зависимости от угла управления minmах. Для значений углов регулирования 180 эл. градусов напряжение на нагрузке равно нулевому

значению, а для напряжение на нагрузке равно входному напряжению питающей сети, где , Lн - индуктивность нагрузки, Rн - активное сопротивление нагрузки.

Математически зависимость выходного напряжения описывается уравнением

где Uвых - действующее значение напряжения на нагрузке;

Um - амплитудное значение входного напряжения;

- угол сдвига тока относительно напряжения.

На основании приведенной зависимости можно обеспечить плавное изменение ширины формируемых блоком 6 управления импульсов и, следовательно, плавное изменение амплитуды напряжения и тока нагрузки как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. Этим самым достигается, например, плавный пуск двигателя и, при необходимости, его плавное торможение.

Источники информации, принятые во внимание

[1] Родштейн Л.А. Электрические аппараты. Л., Энергоиздат, 1981, стр.263, рис.21-1.

[2] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.458, рис.15.12.

[3] SU, 1723627, A1, H02J 9/06, H02М 5/14, 1992

[4] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.461, рис.15.14 (прототип).

Система плавного пуска двигателя, содержащая клеммы источника питания, клеммы трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам двигателя, устройство пуска, выходные клеммы которого подключены к клеммам трехфазной нагрузки и которое содержит блок силовых модулей, выполненный из трех пар встречно-параллельно включенных силовых тиристоров, и блок управления, клеммы сигнала управления блоком силовых модулей которого подключены к клеммам управления силовыми модулями блока силовых модулей, которые соединены со входами управлении силовых тиристоров, отличающаяся тем, что введены, выключатель прямого пуска, входные клеммы которого подключены к входным клеммам устройства пуска, первые выходные клеммы соединены с выходными клеммами устройства пуска, а вторые выходные клеммы подключены к клеммам питания возбудителя двигателя, а также пульт управления, а в устройство пуска введены первый разъединитель, входные клеммы которого являются входными клеммами устройства пуска и подключены к клеммам источника питания, второй разъединитель, входные клеммы которого соединены с выходными клеммами блока силовых модулей, а выходные клеммы являются выходными клеммами устройства пуска, высоковольтный выключатель, входные клеммы которого подключены к выходным клеммам первого разъединителя, а клеммы управляющего сигнала подключены к клеммам сигнала управления высоковольтным выключателем блока управления, и трансформатор тока, вход которого подключен между выходными клеммами высоковольтного выключателя и выходными клеммами блока силовых модулей, а выходные клеммы подключены к клеммам уровня тока блока управления, при этом первые клеммы пульта управления подключены к клеммам управления первого разъединительного блока, вторые клеммы пульта управления подключены к клеммам управления второго разъединительного блока, третьи клеммы пульта управления подключены к первым клеммам управления выключателя прямого пуска, а четвертые клеммы пульта управления подключены к клеммам управления блока управления, клеммы управления выключателем прямого пуска которого подключены ко вторым клеммам управления выключателя прямого пуска.



 

Похожие патенты:

Устройство защиты трехфазного короткозамкнутого асинхронного электродвигателя относится к электротехнике, а точнее к защите электродвигателей от несимметрии питающих напряжений, а также от увеличения тока в фазах при перегрузках.

Изобретение относится к устройствам для автотрансформаторного пуска асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрооборудованию транспортных средств, получающих питание от сети постоянного тока и предназначено для защиты в аварийных режимах цепи двигателя мотор-компрессора
Наверх