УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСТОКОВОГО РАЗМЫКАНИЯ КОНТАКТОВ КОНТАКТОРОВ СТАТОРНОЙ ОБМОТКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к электротехнике и может использоваться в электроприводах переменного тока как нереверсивных, так и реверсивных на базе асинхронного электродвигателя, как с короткозамкнутым, так и с фазным ротором при питании электродвигателя, как от промышленной сети, так и от автономного источника питания типа дизель-генератора ограниченной мощности, сопоставимой с мощностью питаемых от него электродвигателей, устанавливаемого на подвижном объекте, например, кране на автомобильном или гусеничном ходу.
Известны устройства управления асинхронными электродвигателями (Яуре А.Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод. Справочник. - М.; Энергоатомиздат, 1988. - 344 с. Ил. на стр.316). В этих устройствах в статорную цепь кроме контакторов устанавливаются тиристоры, которые используются для регулирования скорости двигателя и обеспечивают бестоковое переключение контакторов статорной цепи. Регулирование скорости обеспечивается за счет изменения тиристорами напряжения на статоре двигателя, которое меняется от номинального значения и ниже. При снижении напряжения на статоре двигателя его крутящий момент снижается в квадратичной зависимости. Для поддержания заданной скорости требуется устанавливать датчик скорости двигателя (тахогенератор) и делать замкнутую систему регулирования. При регулировании скорости снижается cosφ, появляются высшие гармонические составляющие в напряжении на статоре двигателя. Поэтому такие схемы, несмотря на свою простоту, не получили широкого применения. Использовать же ее только для бестокового переключения контактов контакторов нерационально из-за большого количества требуемых тиристоров. Конечно, если представленную схему ориентировать только на бестоковое переключение контакторов, то количество требуемых тиристоров можно снизить до четырех.
Наиболее близким к представляемой полезной модели прототипом является устройство для управления реверсивным электродвигателем (Патент РФ №2011285 МПК 7 H02P 1/40, опубл. 15.04.1994). Устройство содержит реле задержки, тиристорные коммутаторы с замыкающими контактами реле задержки в цепях управления тиристорами, контакторы «Вперед» и «Назад» с двумя замыкающими и размыкающими контактами каждый, две кнопки «Пуск вперед» и «Пуск назад», выполненные в виде сблокированных размыкающего и замыкающего контактов каждая.
Недостатком данного устройства является сложность тиристорных коммутаторов и наличие контактов реле задержки в цепи управления тиристоров тиристорных коммутаторов.
В основу заявляемого решения положена техническая задача упрощения схемы тиристорных коммутаторов и исключения контактов в цепях управления тиристорами.
Указанная техническая задача решается тем, что звезда статорной обмотки электродвигателя размыкается, и отключенные концы обмоток каждой фазы статора подключаются к соединенным в треугольник тиристорам. При подаче напряжения на управляющие электроды всех тиристоров тиристоры включаются, концы фаз обмоток статора включенными тиристорами соединяются в звезду, и двигатель работает в штатном режиме. При снятии напряжения с управляющих электродов всех тиристоров они запираются, и концы фаз обмоток статора запертыми тиристорами размыкаются, предотвращая протекание тока по фазам статора и контактам контакторов. В этом состоянии отсутствия тока возможно включение, отключение и переключение контакторов, чем обеспечивается бестоковое замыкание/размыкание контактов контакторов.
Сущность полезной модели для варианта управления реверсивным электродвигателем поясняется чертежом, где представлена функциональная схема устройства.
Питание асинхронного электродвигателя осуществляется от источника энергии 1. Контакторы 2 и 3 обеспечивают подключение электродвигателя соответственно для вращения вперед и назад. Переключение контакторов обеспечивает изменение чередования фаз подключения статорных обмоток A-X, B-Y, C-Z электродвигателя 4 и. как следствие, изменение направления вращения (реверс) электродвигателя. Концы X, Y и Z статорных обмоток подключаются к тиристорному блоку 5. Тиристоры 6, 7 и 8 тиристорного блока соединены последовательно друг за другом в замкнутый треугольник. Блок логического контроллера 10 управляет тиристорами 6, 7 и 8 тиристорного блока 5. Катушки 11 и 12 соответственно контакторов 2 и 3 также управляются блоком логического контроллера 10. На блок 10 подаются сигналы «Вперед» или «Назад» от блока управления электродвигателем 9 (командоаппарата или системы автоматизации управления объектом). В исходном состоянии при отсутствии команд «Вперед» и «Назад» контакторы 2 и 3 отключены, тиристоры 6, 7 и 8 заперты, обмотки статора двигателя 4 не обтекаются током, двигатель неподвижен. При подаче на блок логического контроллера 10 команды, например, «Вперед» немедленно подается напряжение на катушку 11 контактора 2. Контактор 2 замыкает свои контакты, подавая напряжение на статор электродвигателя, но двигатель не включается, так как тиристоры блока 5 заперты. Через задержку времени, превышающую время включения контактора, блок логического контроллера 10 подает напряжение на управляющие электроды тиристоров 6, 7 и 8. Тиристоры открываются, соединяя в звезду концы X, Y и Z фаз статорных обмоток, электродвигатель включается и работает в штатном режиме. При снятии команды «Вперед» блок логического контроллера 10 снимает напряжение с управляющих электродов тиристоров, тиристоры запираются, прекращается протекание тока через статорную обмотку электродвигателя и только тогда через задержку времени снимается напряжение с катушки контактора и контактор отключается при отсутствии протекания тока по его контактам (бестоковое отключение). Аналогично работает устройство при подаче и снятии команды «Назад». Если же электродвигатель вращался по команде «Вперед», но команду «Вперед» сняли и подали команду «Назад», то устройство работает следующим образом. Снимается напряжение с управляющих электродов тиристоров, тиристоры запираются и через задержку времени отключается контактор для вращения вперед, затем включается контактор для вращения назад и только тогда подается напряжение на управляющие электроды тиристоров. Таким образом, при переключении контакторов задержка времени на включение тиристоров должна быть больше суммарного времени отключения и включения контакторов.
Вариант с нереверсивным электродвигателем отличается от представленного варианта с реверсивным электроприводом лишь тем, что отсутствует один из контакторов с его катушкой и на входе блока логического контроллера отсутствует подключение для противоположного направления вращения электродвигателя.
Бестоковое отключение контактов исключает возникновение перенапряжений при отключении активно-индуктивной нагрузки, которой является статорная цепь асинхронного электродвигателя, так как тиристоры запираются при плавном снижении тока тиристоров до нуля. Эти перенапряжения особенно опасны для автономных источников питания с регуляторами напряжения и частоты с мощностью сопоставимой с мощностью питаемых от него двигателей. Кроме того, так как бестоковое отключение исключает искрение контактов при их отключении, то ликвидируются преждевременный износ контактов, затраты на запчасти и ремонтные простои.
Полезной моделью решаются следующие задачи:
- минимизация количества тиристоров для бестокового отключения и переключения контакторов;
- исключение перенапряжений при отключении активно-индуктивной нагрузки, которой является статорная цепь асинхронного электродвигателя, представляющие опасность для работающего оборудования, в частности, автономных источников энергии ограниченной мощности типа дизель-генераторов с регуляторами напряжения и частоты, питающих асинхронные электродвигатели;
- исключение искрения контактов при их размыкании, вызывающее преждевременный износ контактов, затраты на запчасти и ремонтные простои.
Полезная модель используется для управления асинхронными электродвигателями, как с короткозамкнутым, так и с фазным ротором, у которых выведены начала и концы статорных обмоток, при питании, как от промышленной сети, так и от автономного источника питания типа дизель-генератора.