УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБМОТКИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
DEVICE FOR SWITCHING THE EXCITATION WINDING AND AUXILIARY WINDING OF SEPARATE EXCITATION DIRECT CURRENT MOTOR

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока.
Известно устройство управления двигателем постоянного тока (патент RU №2375811, МПК Н02Р 1/18, опубл. 10.12.2009 г., бюл. №34), содержащее источник питания, фильтр, инвертор, соединенный с первичной обмоткой импульсного трансформатора, другую обмотку импульсного трансформатора, соединенную с нагрузкой собственных нужд, датчик тока. В устройство дополнительно введены первая и вторая обмотки импульсного трансформатора, каждая состоящая из двух одинаковых частей, четыре силовых ключа, два емкостных накопителя и блок управления нагрузкой. Первые и вторые выводы первой и второй обмоток соединены с первыми силовыми выводами первого, второго, третьего и четвертого ключей, вторые выводы которых соединены между собой и с первым выводом датчика тока, второй вывод которого соединен с первым выводом нагрузки, второй вывод которой соединен с первыми силовыми выводами пятого и шестого ключей, вторые выводы которых соединены со средними выводами первой и второй обмоток импульсного трансформатора, которые также соединены с первыми силовыми выводами первого и второго двухсторонних ключей, вторые выводы которых соединены соответственно с первыми выводами первого и второго емкостных накопителей, вторые выводы которых соединены между собой и первым выводом датчика тока, управляющие выводы первого, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого ключей соединены с соответствующими выходами первого драйвера, вход которого соединен с первым выходом блока управления нагрузкой, второй выход которого соединен со входом второго драйвера, выход которого соединен со входом управления инвертора, третий и четвертый выходы блока управления нагрузкой соединены со входами управления первого и второго двухсторонних ключей, первый и второй входы блока управления нагрузкой соединены с первым и вторым выводами датчика тока, третий вход блока управления нагрузкой соединен со вторым выводом нагрузки.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества элементов (фильтр, инвертор, импульсный трансформатор и т.д.);
- во-вторых, низкая стабильность работы электродвигателя, связанная с отсутствием автоматического процесса переключения обмотки возбуждения и дополнительной обмотки электродвигателя при выходе одной из них из строя без остановки двигателя с целью дальнейшей беспрерывной работы двигателя;
- в-третьих, длительные простои бурового оборудования (механизмы буровой установки: буровые насосы, ротор, лебедка, силовой верхний привод) в ожидании ремонта или замены электродвигателя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для регулирования скорости вращения реверсивного электродвигателя постоянного тока с двумя независимыми последовательными обмотками возбуждения, (патент RU №2217858, МПК Н02Р 1/22, опубл. 27.11.2003 г., бюл. №33), содержащее резистор, шунтирующий обмотку якоря электродвигателя, при этом в цепь шунтирующего резистора включена последовательно одна из обмоток возбуждения.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая стабильность работы электродвигателя, связанная с отсутствием автоматического процесса переключения обмотки возбуждения и дополнительной обмотки электродвигателя при выходе одной из них из строя без остановки двигателя с целью дальнейшей беспрерывной работы двигателя;
- во-вторых, длительные простои бурового оборудования (механизмы буровой установки: буровые насосы, ротор, лебедка, силовой верхний привод) в ожидании ремонта или замены электродвигателя.
Технической задачей изобретения является повышение стабильности работы электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения, а также сокращение простоев бурового оборудования в ожидании ремонта или замены электродвигателя.
Поставленная задача решается устройством для переключения обмотки возбуждения и дополнительной обмотки электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения ,содержащим электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения с обмотками возбуждения и дополнительной обмоткой, соединенной с обмоткой якоря электродвигателя, датчик скорости, блок формирования задания, тиристорные преобразователи, систему автоматического управления, командоаппарат для формирования задания частоты вращения.
Новым является то, что в цепи обмотки возбуждения, дополнительной обмотки и обмотки якоря установлены переключатели, обеспечивающие при выходе из строя одной из обмоток электродвигателя постоянного тока - обмотки возбуждения или дополнительной обмотки, продолжение его работы с меньшей мощностью путем автоматического отключения тех обмоток электродвигателя, в которых возникло короткое замыкание, без отключения его от источника питания, при этом устройство дополнительно оснащено следующими элементами: датчиками напряжения, блоками контроля минимального напряжения, таймерами, исполнительными блоками, исполнительными органами для коммутации переключателей, причем сигнал с датчиков напряжения поступает на вход блоков контроля минимального напряжения, а выходы блоков контроля минимального напряжения соединены со входами системы автоматического управления для блокировки импульсов тиристоров в тиристорных преобразователях исполнительных органов для коммутации переключателей в обмотке возбуждения и дополнительной обмотки электродвигателя, и на таймеры для выдержки времени срабатывания переключателей, причем выходы таймеров соединены со входами исполнительных блоков, обеспечивающих коммутацию переключателей для вывода из работы неисправной обмотки и вводу в работу исправной и сигнализации в блок формирования задания, причем в блок формирования задания одновременно поступают сигналы от командоаппарата и сигнал от датчика скорости для формирования сигнала задания в систему автоматического управления на разгон двигателя из режима выбега до заданной скорости.
На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство переключения обмоток возбуждения и дополнительной обмотки электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения.
Устройство для переключения обмоток возбуждения и дополнительных обмоток электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения содержит электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения собмотками возбуждения 1 и 2, дополнительную обмотку 3, соединенную последовательно с обмоткой якоря 4 электродвигателя.
Для обеспечения обратной связи по скорости на валу электродвигателя установлен датчик скорости 5, выходной сигнал с которого поступает на один их входов блока формирования задания 6. Обмотка возбуждения получает питание от тиристорного преобразователя 7, а обмотка якоря 4 получает питание от тиристорного преобразователя 8. Тиристорные преобразователи 7 и 8 управляются системой автоматического управления 9, на вход которой поступает сигнал задания частоты вращения от командоаппарата 10.
К обмоткам возбуждения 1 и 2 параллельно подключены датчик напряжения 11 и 12, сигналы с которых поступают на входы соответствующих блоков контроля минимального напряжения 13 и 14, выходные сигнал с которых поступают на таймеры 15 и 16 соответственно.
Выходные сигналы блоков 13 и 14 одновременно поступают на исполнительный орган 17 и в систему автоматического управления 9, причем блоки 13 и 14 работают таким образом, что исключено их одновременное срабатывание.
Выходные сигналы таймеров 15 и 16 поступают на входы исполнительных блоков 18 и 19, выходы которых подаются в систему автоматического управления 9 и на вход блока формирования задания 6.
В цепь обмотки возбуждения включены пять переключателей K1, К2, К3, К4 и К5. Исполнительным органом 17 осуществляется коммутация переключателей K1, К2 и К3. Исполнительными блоками 18 и 19 осуществляется коммутация соответствующих переключателей К3, К5 и K1, К4,
К дополнительной обмотке 3 параллельно подключен датчик напряжения 20, выходной сигнал с которого поступает на вход блока контроля минимального напряжения 21, выход которого поступает в систему автоматического управления 9, на вход таймера 22 и на вход исполнительного органа 23.
Выходной сигнал таймера 22 поступает на вход исполнительного блока 24, выход которого поступает в систему автоматического управления 9 и в блок формирования задания 6. В цепь обмотки якоря включены четыре переключателя К6, К7, К8 и К9. Исполнительным органом 23 осуществляется коммутация переключателей К6, К7 и К8. Исполнительным блоком 24 осуществляется коммутация переключателей К8 и К9.
Устройство работает следующим образом.
В нормальном штатном состоянии переключатели K1, К2, К3, К6, К7 и К8 замкнуты, переключатели К4, К5 и К9 разомкнуты.
При возникновении короткого замыкания в обмотках возбуждения 1 и 2 напряжение на датчиках 11 и 12 соответственно стремится к нулю.
Сигнал с датчиков напряжений 11 и 12 поступает на блок контроля минимального напряжения 13 или 14 соответственно.
1
2
1
2
Выходной сигнал с блоков управления 13 или 14 поступает в систему автоматического управления 9, которая блокирует импульсы тиристоров в тиристорных преобразователях 7 и 8, и на исполнительный орган 17, который отключает переключатели К1, К2 и К3, полностью отключая обмотки возбуждения 1 и 2. Электродвигатель при этом продолжает вращаться по инерции в режиме выбега. Сигнал с блока 13(14) одновременно с этим поступает на таймер 15(16). Начинается отсчет времени t (t), достаточный для отключения контактов К1, К2 и К3. По истечении времени t (t) сигнал с таймера 15(16) поступает на исполнительный блок 18(19), который включает контакты К3 и К5 (К1 и К4), подключая обмотку возбуждения 2 (1).
Сигнал с блока 18(19), сигнализирующий о переключении обмоток возбуждения, поступает в блок формирования задания 6. В блок формирования задания 6 поступают сигналы с командоаппарата 10 (сигнал задания частоты вращения, предшествующий короткому замыканию) и сигнал от датчика скорости 5. В соответствии с заданной и фактической скоростями блок формирования задания 6 формирует сигнал задания в систему автоматического управления 9 на разгон двигателя из режима выбега до заданной скорости.
При возникновении короткого замыкания в дополнительной обмотке напряжение на датчике 20 стремится к нулю, сигнал с датчика 20 поступает на вход блока контроля минимального напряжения 21, выходной сигнал которого поступает в систему автоматического управления 9, которая блокирует импульсы тиристоров в тиристорных преобразователях 7 и 8, и на исполнительный орган 23, который отключает переключатели К6, К7 и К8, полностью отключая дополнительную обмотку 3 и обмотку якоря электродвигателя 4. Электродвигатель при этом продолжает вращаться по инерции в режиме выбега.
Сигнал с блока 21 одновременно с этим поступает на таймер 22. Начинается отсчет времени t3, достаточного для отключения контактов К6, К7 и К8.
По истечении времени t3 сигнал с таймера 22 поступает на исполнительный блок 24, который включает контакты К8 и К9, подключая обмотку якоря без дополнительной обмотки.
Сигнал с блока 23, сигнализирующий об отключении дополнительной обмотки, поступает в блок формирования задания 6. В блок формирования задания 6 поступают сигналы командоаппарата 10 (сигнал задания частоты вращения, предшествующий короткому замыканию) и сигнал от датчика скорости 5. В соответствии с заданной и фактической скоростями блок формирования задания 6 формирует сигнал задания в систему автоматического управления 9 на разгон двигателя из режима выбега до заданной скорости.
В систему автоматического управления 9 поступают сигналы от блоков 18, 19 и 24, сигнализирующие о состоянии обмоток двигателя, в свою очередь система автоматического регулирования может выдавать сигналы, например на пульт управления, о состоянии обмоток двигателя.
Исполнительные органы 17 и 23, а также исполнительные блоки 18, 19 и 24 при своем срабатывании запоминают свое новое состояние и не переключаются до тех пор, пока их переключение не будет выполнено в ручном режиме, с целью предотвращения пуска двигателя с неисправной обмоткой в штатном режиме.
Конструкция устройства позволяет автоматически исключить часть обмотки возбуждения и дополнительной обмотки с целью дальнейшей беспрерывной работы двигателя.
Исключаются длительные простои бурового оборудования (механизмы буровой установки: буровые насосы, ротор, лебедка) в ожидании ремонта или замены электродвигателя, вследствие автоматизированного процесса переключения обмоток двигателя при выходе одной из них из строя без остановки двигателя.
Предлагаемое устройство для переключения обмоток возбуждения и дополнительных обмоток электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения позволяет:
- повысить стабильности работы электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения;
- сократить простои бурового оборудования в ожидании ремонта или замены электродвигателя.