УСТРОЙСТВО ПУСКА 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 и трехфазным индукционным пусковым резистором в роторной цепи, преимущественно для крановых механизмов подъема и передвижения, требующих получения скоростей естественной механической характеристики электродвигателя.
Известны устройства управления асинхронными электродвигателями с фазным ротором (Крановое электрооборудование: Справочник / Алексеев Ю.В., Богословский А.П., Певзнер Е.М. и др.; под ред. А.А.Рабиновича. - М.: Энергия, 1979. - 240 с., ил. стр.191-202), осуществляющие пуск электродвигателя путем включения в цепь ротора добавочного трехфазного активного сопротивления. При этом пуск электродвигателя осуществляется по ломаной кривой, образованной отдельными участками нескольких пусковых электромеханических характеристик, соответствующих определенной ступени добавочного сопротивления. Это позволяет осуществлять пуск электродвигателя при повышенном пусковом моменте. Недостатком данных устройств является использование добавочных сопротивлений, обладающих большими габаритами, а также использование большого количества пускоре-гулирующей аппаратуры, что значительно снижает надежность работы системы управления.
Наиболее близким к изобретению и принятым за прототип является трехфазный индукционный пусковой резистор, применяемый для пуска асинхронных электродвигателей с фазным ротором, состоящий из трех полых ферромагнитных цилиндров, на которых размещены обмотки, выполненные сплошными с несколькими отпайками. Цилиндры соединены между
собой верхней и нижней частями магнитопровода (Патент РФ №2046535 МПК 7 Н 06 Р 1/26, Н 02 Р 1/34, опубл. 20.10.1995). При использовании данного устройства пуск электродвигателя осуществляется плавно за счет плавного уменьшения комплексного (полного) сопротивления индуктивных резисторов при уменьшении частоты тока ротора. Недостатком данного устройства является то, что при работе с данным устройством по окончании пуска электродвигатель работает на механической характеристике электродвигателя с активно-индуктивной нагрузкой трехфазного индукционного пускового резистора, так как в цепи ротора протекает переменный ток малой частоты и остается омическое сопротивление меди обмоток пускового резистора.
В этом случае при номинальном статическом моменте скорость электродвигателя ниже паспортной на 5-10%. Это крайне нежелательно при осуществлении больших перемещений из-за снижения производительности. Кроме того, токи ротора и статора имеют значения выше, чем их значения при работе электродвигателя на естественной механической характеристике, что ведет к повышенному нагреву электродвигателя и перерасходу электроэнергии.
В основу заявляемого решения положена техническая задача улучшения статического режима работы электродвигателя, увеличения производительности приводного механизма и снижения расхода электроэнергии, которые решаются за счет снижения бросков тока статора и ротора при переходе с характеристики с индукционным резистором в цепи ротора на естественную механическую характеристику, снижения статических токов статора и ротора и увеличения скорости электродвигателя до скорости естественной механической характеристики.
Указанная техническая задача решается тем, что устройство пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором и трехфазным индукционным пусковым резистором в роторной цепи, включает узел формирования напряжения обратной связи, вход которого подключен к кольцам ротора, а выход - к первому входу блока разрешения работы и первым входам формирователей
пилообразных напряжений (ФПН) для каждой фазы отдельно, выходы которых подключены к первым входам соответствующих формирователей управляющих импульсов (ФУИ), узлы выделения положительных полуволн напряжений (УВП) между кольцами ротора для каждой фазы, выходы которых подключены ко вторым входам узлов ФПН, источник питания, вход которого подключен к статорным цепям электродвигателя, а выход подключен к блоку задания напряжений (БЗН), формирующий фиксированные напряжения на второй вход блока разрешения работы, выход которого подключен к третьим входам блоков ФПН и первому входу блока интегрирования, второй вход которого подключен ко второму выходу блока БЗН, а выход - ко вторым входам блоков ФУИ, чьи третьи входы подключены к третьему выходу блока БЗН, а выходы подключены непосредственно к управляющим электродам тиристоров соответствующих фаз, соединенных в треугольник и подключенных непосредственно к кольцам ротора асинхронного электродвигателя.
Кроме того, устройство пуска может содержать в выше описанной схеме дополнительное подключение четвертого выхода блока задания напряжений к четвертому входу формирователей пилообразных напряжений.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами:
На Фиг.1 представлена функциональная схема устройства пуска асинхронного электродвигателя.
На Фиг.2 отображены диаграммы работы отдельных узлов устройства. При этом введены следующие обозначения:
С
ПОР
ОС
БР
УВП
П
И
ЗАП
УИ
U - напряжение на кольцах ротора для одной фазы; U - пороговое напряжение; U - выпрямленное напряжение обратной связи; U - сигнал на выходе блока разрешения; U - сигнал на выходе блока УВП для одной фазы; U - пилообразное напряжение на выходе блока ФПН для одной фазы; U - напряжение на выходе блока интегрирования; U - напряжение запирания; U - напряжение на выходе блока ФУИ.
На Фиг.3 представлены механические и электромеханические характеристики, при этом кривые 1 соответствуют естественным характеристикам, кривые 2-характеристикам с трехфазным индукционным пусковым резистором в цепи ротора, а кривые 3 показывают переход с характеристик с индукционным пусковым резистором на естественные характеристики.
На Фиг.4 представлены осциллограммы изменения тока ротора и тока статора при пуске асинхронного электродвигателя с фазным ротором с использованием трехфазного индукционного пускового резистора (Фиг.4а, 4б) и с использованием совместно индукционного пускового резистора и нового устройства (Фиг.4в, 4г).
Устройство пуска (Фиг.1) асинхронного электродвигателя 1 с фазным ротором состоит из трехфазного индукционного пускового резистора 2 в роторной цепи, блока соединенных в треугольник тиристоров 3 в роторной цепи, подключенных непосредственно к кольцам ротора и схемы управления.
Схема управления устройством пуска асинхронного электродвигателя состоит из блока обратной связи 4, узлов выделения положительных полуволн напряжений (УВП) 5, формирователей пилообразных напряжений (ФПН) 6, формирователей управляющих импульсов (ФУИ) 7, источника питания 8, блока задания напряжений (БЗН) 9, блока формирования разрешения на работу 10, блока интегрирования 11. Выходы блоков 7 подключены к управляющим электродам тиристоров 3. Входы блока обратной связи 4 и формирователей пилообразных напряжений 5 подключены непосредственно к кольцам ротора электродвигателя, источник питания 8 подключен к статорным цепям асинхронного электродвигателя 1.
Принцип работы устройства достаточно объяснить на примере одной фазы.
С
В начальный момент пуска под действием напряжения U (Фиг.2а) на кольцах заторможенного асинхронного электродвигателя с фазным ротором и трехфазным индукционным резистором в роторной цепи протекает ток,
C
С
ПОР
ОС
ПОР
И
ЗАП
И
П
ЗАП
ПОР
ЗАП
частота которого равна 50 Гц. При осуществлении разгона электродвигателя по характеристике 2 (Фиг.3) напряжение U на кольцах ротора и его частота уменьшается. Напряжение с колец ротора U выпрямляется в блоке обратной связи и постоянно сравнивается в блоке разрешения работы с пороговым напряжением U (Фиг.2б), формируемым блоком задания напряжений (БЗН). При снижении выпрямленного напряжения U ниже порогового напряжения U, блок разрешения работы вырабатывает сигнал (Фиг.2в) на разрешение работы блока интегрирования и формирователей пилообразных напряжений (ФПН) для каждой фазы. Одновременно с этим узлы УВП выделяют периоды времени (Фиг.2г), когда напряжение на кольцах ротора Uc больше нуля, в которые блоки ФПН формируют для каждой фазы соответствующее пилообразное напряжение Uп (Фиг.2д). Необходимо отметить, что амплитуда и частота «пилы» уменьшается по мере разгона. Одновременно с этим блок интегрирования начинает интегрировать напряжение, заданное блоком БЗН (Фиг.2е). В блоках ФУИ происходит суммирование напряжений U и Un с выходов блока интегрирования и ФПН соответственно для каждой фазы и сравнение с запирающим напряжением U (Фиг.2ж). При превышении суммой U+U напряжения U блоки ФУИ формируют управляющие импульсы на открытие тиристоров для каждой фазы отдельно и независимо от других фаз (Фиг.2з). Следует отметить, что напряжения U, U и напряжение задания на блок интегрирования формируются блоком БЗН, получающим питание от источника питания, подключенного к статорным цепям асинхронного электродвигателя.
И
И
ЗАП
По мере увеличения напряжения U ширина импульсов увеличивается, и при превышении U напряжения U на выходе блоков ФУИ устанавливается постоянный сигнал на открытие тиристоров (Фиг.2з). Таким образом тиристоры, соединенные в треугольник, полностью открыты. В этом случае электродвигатель работает на естественной характеристике 1 (Фиг.3).
При подключении четвертого выхода блока задания напряжений к четвертым входам блоков ФУИ, на выходе этих блоков формируется пилообразное
напряжение, зависящее от величины напряжения задания с блока задания напряжений.
Переход с характеристики с трехфазным индукционным пусковым резистором на естественную характеристику показан на Фиг.3 (кривые 3). При этом переходе происходит ограничение пускового тока ротора, а, следовательно, и тока статора (Фиг.4б).
При работе полезной модели решаются следующие задачи:
- увеличение скорости электродвигателя до скорости естественной механической характеристики;
- снижение статических токов статора и ротора;
- снижение бросков токов статора и ротора при увеличении скорости.
Это, в свою очередь, приводит к увеличению производительности приводных механизмов, снижению потребления электроэнергии и улучшению режима работы асинхронного электродвигателя.
Полезная модель используется в электроприводах переменного тока на базе асинхронного электродвигателя с фазным ротором и трехфазным индукционным пусковым резистором в роторной цепи крановых механизмов подъема и передвижения, буровых установок и других промышленных механизмов.