СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРНОЙ СТАНЦИЕЙ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в различных отраслях промышленности, сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве для управления асинхронным двигателем.
Известно устройство управления трехфазным асинхронным двигателем, включающее силовой тиристорный блок, отличающееся тем, что устройство снабжено ключом управления, выход которого соединен с входом системы блокировок релейного типа, выход которой соединен с входом силового тиристорного блока, выход которого соединен с двигателем. (Полезная модель №71573)
Недостатком данного устройства является невозможность регулирования частоты вращения выходного вала двигателя из-за отсутствия возможности управления подаваемым напряжением на статорные обмотки двигателя. Вследствие этого в момент пуска возможно прохождение больших токов по статорным обмоткам электродвигателя, что может привести к выходу из строя электродвигателя и длительным аварийным простоям.
Ближайшим аналогом к заявляемой системе управления является система управления тиристорной станцией упрапваления плавного пуска асинхронного двигателя, которая включает последовательно соединенные блок тиристорных ключей, систему импульсно-фазового управления, систему автоматического регулирования, блок управления, блок задания, блок датчиков, три выхода которого соединены с входами блока регистрации просадки фазного напряжения, блока максимально-токовой защиты и системы автоматического регулирования, а один из выходов блока регистрации просадки фазного напряжения, блока время-токовой защиты и блока максимально-токовой защиты соединен с входами блока сигнализации, а другие соединены с блоком управления, блок тиристорных ключей соединен с асинхронным двигателем, система снабжена блоком контроля сгорания силовых предохранителей, вход которого соединен с одним из выходов блока тиристорных ключей, а выход соединен с входом блока датчиков, выход блока датчиков соединен с входом блока регулирования уставок время-токовой защиты, выход которого соединен с входом блока время-токовой защиты. (Полезная модель №67353)
Недостатками представленной системы управления является работа двигателя с пониженным напряжением при нагрузках значительно меньше номинального значения, что ведет к снижению перегрузочной способности двигателя и стабильности параметров вырабатываемой механической энергии, т.к. максимальный момент двигателя прямо пропорционален квадрату напряжения на нем. Кроме того, при регулировании технологического оборудования возможны случаи повторно-кратковременных режимов работы электродвигателя, что значительно снижает ресурс его работы.
Технический результат полезной модели заключается в повышении КПД работы устройства при нагрузках, значительно ниже номинальных; стабилизации вырабатываемого момента и обеспечение надежной работы устройства во всем диапазоне изменения нагрузки; увеличение срока эксплуатации электродвигателя.
Система управления тиристорной станцией управления асинхронным двигателем, включающая блок задания, блок управления, датчики, систему автоматического регулирования, систему импульсно-фазового управления, блок тиристорных ключей, причем выход блока задания соединен с первым входом блока управления, второй вход блока управления соединен с датчиками, выход блока управления соединен со входом системы автоматического регулирования, выход которого соединен со входом системы импульсно-фазового управления, выход которой соединен со входом блока тиристорных ключей, причем новым является то, что в систему управления дополнительно введены устройство суммирования напряжения, управляемый дифференциал, генератор, использованы датчики напряжения фаз и датчик крутящего момента, причем выход блока тиристорных ключей соединен с первым входом устройства суммирования напряжения, второй вход устройства суммирования соединен с выходом генератора, выход устройства суммирования напряжения соединен со входом асинхронного двигателя, выход асинхронного двигателя соединен со входом управляемого дифференциала, один из выходов дифференциала соединен со входом генератора, а другой выход - с нагрузкой.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлена функциональная схема системы управления тиристорной станцией управления асинхронным двигателем.
Система управления тиристорной станцией управления асинхронным двигателем содержит следующие блоки и устройства: блок задания 1, блок управления 2, систему автоматического регулирования (CAP) 3, систему импульсно-фазового управления (СИФУ) 4, блок тиристорных ключей 5, представляющий собой три пары встречно-параллельно включенных тиристоров; устройство суммирования напряжения 6, включающее датчики напряжения; асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 7; управляемый дифференциал 8; генератор 9; датчики напряжения 10; датчик крутящего момента 11.
Входящие в состав системы управления тиристорной станцией блоки и устройства соединены следующим образом. Выход блока задания 1 соединен с первым входом блока управления 2, второй вход блока управления 2 соединен с датчиками напряжения фаз и датчиком крутящего момента 11, выход блока управления 2 соединен со входом системы автоматического регулирования 3, выход которой соединен со входом системы импульсно-фазового управления 4, выход которой соединен со входом блока тиристорных ключей 5.
Блок задания 1 на основании входного сигнала управления вырабатывает воздействие, определяющее требуемую величину крутящего момента на выходе системы, и поступающее на блок управления 2.
В системе использованы датчики напряжения фаз 10, которые расположены на выходе устройства суммирования напряжения 6, соединенном с двигателем 7, а также входят в состав устройства суммирования напряжения 6 и осуществляют измерение напряжения фаз на втором входе, соединенном с генератором 7. Также осуществляют измерение величины крутящего момента на выходе системы датчиком крутящего момента 11, установленного на первом выходном вале дифференциала 8, соединенного с нагрузкой. Датчики напряжения 10 служат для измерения напряжения на статорных обмотках асинхронного двигателя 7 с передачей значений в блок управления 2.
Блок управления 2, вход которого соединен с датчиками напряжения фаз и датчиком крутящего момента 11, осуществляет обработку измерительных сигналов с датчиков системы управления. В соответствии с сигналом блока задания, блок управления 2 вырабатывает управляющий сигнал, подаваемый на CAP 3.
Блок тиристорных ключей 5 представляет собой встречно-параллельное соединение тиристоров, расположенных в каждой фазе. CAP 3 через СИФУ 4 управляет работой блока тиристорных ключей 5, регулируя фазные напряжения.
Выход блока тиристорных ключей 5 соединен с первым входом устройства суммирования напряжения 6, второй вход устройства суммирования соединен с выходом генератора 9. Устройство суммирования напряжения 6 предназначено для суммирования напряжений, поступающих с выхода блока тиристорного коммутатора 5 и выхода генератора 9.
Выход устройства суммирования напряжения 6 соединен со входом асинхронного двигателя 7. Выход асинхронного двигателя 7 соединен со входом управляемого дифференциала 8. Управляемый дифференциал 8 осуществляет перераспределение входного крутящего момента между его выходными валами под действием управляющего сигнала.
Первый выход управляемого дифференциала 8 соединен с нагрузкой, второй выход управляемого дифференциала 8 соединен со входом генератора 9. Под действием крутящего момента, ротор генератора 9 приводится во вращение, вырабатывается электрическое напряжение.
Система управления тиристорной станцией управления асинхронным двигателем работает следующим образом.
После подключения сетевого трехфазного напряжения и статорных обмоток асинхронного двигателя 7 к блоку тиристорных ключей 5 через входные (фазные провода и нейтраль) и выходные клеммы силовой цепи системы управления тиристорной станцией управления асинхронным двигателем осуществляют плавный пуск двигателя 5 по заранее заданным параметрам. В свою очередь CAP 3 через СИФУ 4 управляет работой тиристорных ключей 5, регулируя фазные напряжения на выходе тиристорного коммутатора. Это позволяет обеспечить плавное увеличение действующего значения напряжения на статорных обмотках асинхронного двигателя 7 при разгоне.
Одновременно с этим на выходе двигателя 7 вырабатывается крутящий момент, передаваемый на вход управляемого дифференциала 8, который распределяет крутящий момент на два независимых выходных вала: первый выходной вал - к нагрузке потребителя, второй выходной вал - к входному валу генератора 9. Блоком управления 2 через блок задания 1 производится сравнение величины крутящего момента на первом выходном вале дифференциала посредством датчика крутящего момента 11 с величиной, требуемой технологическим процессом в данный момент времени.
В случае обнаружения избыточного крутящего момента на первом выходном вале управляемого дифференциала 8, формируют сигнал управления дифференциалом 8, обеспечивающий снижение величины крутящего момента на первом выходном вале, соединенного с нагрузкой, и, соответственно, увеличение крутящего момента на втором выходном вале, соединенного с генератором 9.
Таким образом, весь избыточный механический момент, выработанный электродвигателем 7, передается на второй выходной вал управляемого дифференциала 8, соединенного с входным валом генератора 9. Под действием крутящего момента, ротор генератора 9 приводится во вращение, вырабатывается электрическое напряжение. Посредством устройства суммирования напряжения 6, подаваемые на его вход напряжения блока тиристорных ключей 5 и с обмоток генератора 9, суммируются с последующей передачей полученного напряжения на статорные обмотки асинхронного двигателя 7. Таким образом, напряжение, выработанное генератором 9, используется для питания электродвигателя 7.
При этом с помощью датчиков напряжения 10 измеряют действующие значения напряжений на статорных обмотках двигателя 7, и при его отклонении от заданного формируют сигнал управления на систему импульсно-фазового управления 4 через блок управления 2 и CAP 3, снижающий (повышающий) величину напряжения на выходе тиристорного коммутатора в случае ее избытка (недостатка) на входе электродвигателя.
Таким образом, производится коррекция величины напряжения на статорных обмотках асинхронного двигателя 7 в соответствии с его режимом работы.
Предлагаемая система управления тиристорной станцией управления асинхронным двигателем позволяет обеспечить регулирование технологического оборудования со стабильными значениями момента на выходном валу за счет управляемого распределения выработанного двигателем крутящего момента посредством управляемого дифференциала.
Система управления тиристорной станцией управления асинхронным двигателем за счет использования управляемого дифференциала позволяет осуществить не только плавный пуск и останов двигателя, но обеспечить непрерывное функционирование двигателя при регулировании технологического оборудования в широком диапазоне в независимости от величины нагрузки, т.е. обеспечить работу без повторно-кратковременных режимов, что увеличивает ресурс работы двигателя.
Электрическая энергия, потребляемая двигателем, преобразуется в крутящий момент, который передается на входной вал управляемого дифференциала. Если переданный крутящий момент не был востребован на первом выходном вале управляемого дифференциала, соединенного с нагрузкой, то вследствие перераспределения крутящего момента между выходными валами управляемого дифференциала, избыточный крутящий момент передается на второй выходной вал, соединенный со входом генератора. Выработанное генератором напряжение, поступает на вход устройства суммирования напряжений и вновь используется для питания двигателя. Таким образом, из сети двигатель будет потреблять в основном полезную мощность, необходимую для работы электродвигателя. Это ведет к снижению энергопотребления двигателем из сети и повышению КПД работы устройства.