УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Полезная модель относится к области частотно-регулируемых электроприводов (ЧРЭП) и может быть использована на электрическом транспорте.
H
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 U (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.
H
НУПР
НД
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 ω, выходное напряжение блока 5 достигает уровня U, при котором число оборотов электродвигателей 4 также достигает номинальной частоты ω, 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.