УСТРОЙСТВО АВТОТРАНСФОРМАТОРНОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Изобретение относится к устройствам для автотрансформаторного пуска асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
Изобретение может быть использовано в радиолокационных станциях для пуска асинхронного электродвигателя вращения антенны.
Известна схема управления асинхронным электродвигателем, приведенная в [1] на рис.13.2 и включающая в себя входной выключатель, на вход которого подается трехфазное напряжение. Выход выключателя через предохранители подключен к входу первого контактора, выход которого соединен с входами резисторов. Выходы резисторов соединены с асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Причем, два фазных провода подключаются к асинхронному электродвигателю через два тепловых реле, а резисторы шунтируются вторым контактором.
Резисторы ограничивают пусковые токи асинхронного электродвигателя. При увеличении скорости вращения ротора и соответственном уменьшении пускового тока резисторы шунтируются контактором.
Недостатком схемы аналога является неэффективная защита асинхронного электродвигателя в некоторых режимах его работы.
Предохранители защищают электродвигатель только от токов короткого замыкания.
Тепловые реле защищают электродвигатель от токов перегрузки.
Однако электродвигатель не всегда работает в режиме номинальной нагрузки. Если в режиме минимальной нагрузки произойдет обрыв одной из фаз электропитания, то увеличение тока будет сравнительно небольшое. Тепловое реле включится через большой промежуток времени или даже не включится вообще.
Отмеченные недостатки ограничивают область использования и снижают надежность работы схемы.
Известна схема датчика пропадания фазы, приведенная в [2] на рис.1.17 и состоящая из предохранителей, на входы которых подается трехфазное напряжение. Выходы датчика соединены с нагрузкой и входами токоограничивающих резисторов. Выходы токоограничивающих резисторов соединены между собой и подключены к первому входу мостовой схемы выпрямления, а второй ее вход подключен к началам обмоток трехфазного автотрансформатора. Концы обмоток подключены к входам предохранителей. Выходы мостовой схемы выпрямления соединены с обмоткой реле. Контакты реле подключены к исполнительному компоненту.
Недостатком схемы аналога является неэффективная защита асинхронного электродвигателя с трансформаторным пуском в некоторых режимах его работы.
Схема датчика пропадания фазы надежно работает только при подаче на его вход номинального трехфазного напряжения сети. Если датчик подключить к выходу пускового трансформатора, его реле не сработает. Если на валу асинхронного электродвигателя нагрузка с большим моментом инерции, его пуск будет происходить достаточно быстро. Электродвигатель может выйти из строя.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является устройство с автотрансформаторным пуском асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, приведенное в [3] на рис.3.39 и включающее в себя первый контактор, на вход которого подается трехфазное напряжение сети. С выхода первого контактора трехфазное напряжение поступает на начала обмоток трехфазного автотрансформатора и на вход второго контактора. Выход второго контактора подключен к обмоткам статора асинхронного электродвигателя и к средним выводам трехфазного автотрансформатора. Концы обмоток трехфазного автотрансформатора подключены к входу третьего контактора, выходные контакты которого соединены.
Недостатками устройства прототипа являются его ограниченная область применения и низкая надежность из-за отсутствия защиты от обрыва фазы асинхронного электродвигателя. При обрыве фазы по обмоткам статора асинхронного электродвигателя, оставшимся под напряжением, будет протекать ток больше номинального, что вызовет его перегрев и выход из строя. Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решается задача совершенствования устройства автоматизированного пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Техническим результатом является расширение области применения и повышение надежности устройства автотрансформаторного пуска асинхронного электродвигателя.
Технический результат достигается тем, что в устройстве прототипа вводятся новые элементы и новые связи между ними. На вход первого контактора подается трехфазное напряжение сети, с выхода первого контактора трехфазное напряжение поступает на начала обмоток трехфазного автотрансформатора и на вход второго контактора,, выход второго контактора подключен к обмоткам статора асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и к средним выводам трехфазного автотрансформатора.
Концы обмоток трехфазного автотрансформатора подключены к входу третьего контактора, выходные контакты которого соединены между собой, в устройство вновь введены: трехфазный трансформатор, трехфазный выпрямитель, компаратор, устройство управления, диод, первый, второй, третий конденсаторы, первый, второй, третий, четвертый, пятый шестой резисторы, ротор асинхронного электродвигателя соединен с входом редуктора, а выход редуктора - с антенной, обмотки статора асинхронного электродвигателя подключены к входу трехфазного трансформатора, выход которого подключен к входу трехфазного выпрямителя, положительный вывод которого подсоединен к первому выводу первого конденсатора, а также к первым выводам первого и второго резисторов, второй вывод первого конденсатора подключен к аноду диода и к первому выводу третьего резистора, катод диода подключен к первому выводу четвертого резистора, второй вывод четвертого резистора подключен к первому входу компаратора, первому выводу пятого резистора, первому выводу второго конденсатора, второй вывод второго резистора подключен к второму входу компаратора, первому входу третьего конденсатора, первому входу шестого резистора, отрицательный выход трехфазной схемы выпрямления подключен к вторым выводам второго и третьего конденсаторов, а также первого, третьего, пятого и шестого резисторов, выход компаратора соединен с входом устройства управления, выходы устройства управления подключены к первому, второму и третьему контакторам.
Введение новых элементов в структурную схему устройства для автотрансформаторного пуска асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и соответствующее их соединение обеспечивает защиту от обрыва фазы во всех режимах его работы.
На фиг.1 показана структурная схема устройства с автотрансформаторным пуском асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, где приняты следующие обозначения:
1 - первый контактор;
2 - трехфазный автотрансформатор;
3 - второй контактор;
4 - третий контактор;
5 - асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором;
6 - редуктор;
7 - антенна;
8 - трехфазный трансформатор;
9 - трехфазный выпрямитель;
10 - первый резистор;
11 - первый конденсатор;
12 - третий резистор;
13 - третий конденсатор;
14 - диод
15 - второй резистор;
16 - шестой резистор;
17 - второй конденсатор;
18 - четвертый резистор;
19 - пятый резистор;
20 - компаратор;
21 - устройство управления.
Структурная схема устройства с автотрансформаторным пуском асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором содержит первый контактор 1, на вход которого подается трехфазное напряжение сети. Выход первого контактора 1 соединен с началом обмоток трехфазного автотрансформатора 2 и с входом второго контактора 3. Выход второго контактора 3 подключен к обмоткам статора асинхронного электродвигателя 5 с короткозамкнутым ротором и к средним выводам трехфазного автотрансформатора 2. Концы обмоток трехфазного автотрансформатора 2 подключены к входу третьего контактора 4. Выходные контакты третьего контактора 4 соединены между собой. Ротор асинхронного электродвигателя 5 соединен с входом редуктора 6, а его выход с антенной 7. Обмотки статора асинхронного электродвигателя 5 подключены к входу трехфазного трансформатора 8, выход которого подключен к входу трехфазного выпрямителя 9. Положительный вывод выпрямителя 9 подсоединен к первому выводу первого конденсатора 11, а также к первым выводам первого 10 и второго 15 резисторов. Второй вывод первого конденсатора 11 подключен к аноду диода 14 и к первому выводу третьего резистора 12. Катод диода 14 подключен к первому выводу четвертого резистора 18, второй вывод которого подключен к первому входу компаратора 20, первому выводу пятого резистора 19 и первому выводу второго конденсатора 17. Второй вывод второго резистора 15 подключен к второму входу компаратора 20, первому входу третьего конденсатора 13, первому входу шестого резистора 16. Отрицательный выход трехфазного выпрямителя 9 подключен к вторым выводам второго 17 и третьего 13 конденсаторов, а также первого 10, третьего 12, пятого 19 и шестого 16 резисторов.
Выход компаратора 20 соединен с входом устройства управления 21. Выходы устройства управления 21 подключены к первому 1, второму 3 и третьему 4 контакторам.
Структурная схема устройства с автотрансформаторным пуском асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором работает следующим образом.
В исходном состоянии контакторы 1, 3, 4 находятся в разомкнутом состоянии. При включении устройство управления обеспечивает срабатывание контактора 4, вследствие чего его контакты замыкаются. Далее включается контактор 1 и на начала обмоток трехфазного автотрансформатора 2 подается трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц. Со средних выводов трехфазного автотрансформатора 2 трехфазное напряжение подается к обмоткам статора асинхронного электродвигателя 5 с короткозамкнутым ротором. Начинается вращение антенны 7. Редуктор 6 снижает скорость вращения антенны 7 до нескольких оборотов в минуту. Поскольку подаваемое напряжение ниже номинального, происходит ограничение пускового момента и пускового тока. Ограничение пускового момента уменьшает ускорение в начале движения антенны 7, что устраняет возможность ее повреждения или разрушения. Уменьшение пускового тока позволяет устанавливать защитные автоматы, реле или предохранители (на схеме не обозначены) на меньшие токи срабатывания, что делает защиту более эффективной.
При скорости ротора асинхронного электродвигателя, приближающейся к номинальной, выключается контактор 4 и включается контактор 3. На обмотки статора асинхронного электродвигателя 5 поступает трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц, и электродвигатель начинает работать в номинальном режиме.
Для остановки асинхронного электродвигателя выключаются контакторы 1, 3. Вращение ротора асинхронного электродвигателя 5 и антенны 7 прекращается.
Защита асинхронного электродвигателя 5 при обрыве одной из фаз питания обмоток статора осуществляется следующим образом.
На вход трехфазного трансформатора 8 подается трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц, которое уменьшается до требуемой величины и подается на вход трехфазного выпрямителя 9. На выходе трехфазного выпрямителя 9 образуется пульсирующее напряжение.
Через конденсатор 11 переменная составляющая пульсирующего напряжения подается на делитель напряжения, образованный резисторами 18, 19. С точки соединения резисторов 18, 19 сигнал, пропорциональный переменной составляющей напряжения, подается на первый вход компаратора 20. Конденсатор 17 сглаживает пульсации этого сигнала.
Постоянная составляющая пульсирующего напряжения подается на делитель напряжения, образованный резисторами 15, 16. С точки соединения резисторов 15, 16 сигнал, пропорциональный постоянной составляющей напряжения, подается на второй вход компаратора 20. Конденсатор 13 устраняет пульсации этого сигнала.
В рабочем состоянии асинхронного электродвигателя 5 напряжение на первом входе компаратора 20 несколько меньше, чем на втором входе. На выходе компаратора 20 сигнал соответствует «0».
При обрыве одной из фаз трехфазного напряжения 380 В, 50 Гц, питающего обмотки статора асинхронного электродвигателя 5 происходит отключение соответствующей фазы трехфазного трансформатора 8. К входу трехфазного выпрямителя 9 подключены только две фазы. При подключении к трехфазному выпрямителю 9 трех фаз коэффициент пульсаций выходного напряжения составляет 5,7%. При подключении к трехфазному выпрямителю 9 двух фаз коэффициент пульсаций выходного напряжения составляет 67%. Таким образом, напряжение на первом входе компаратора 20 возрастает и становится большем напряжения на его втором входе. Напряжение на выходе компаратора 20 также возрастает и его выходной сигнал соответствует «1».
При подаче с выхода компаратора 20 на вход устройства управления 21 сигнала, соответствующего «1», происходит отключение контактора 1 и трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц на обмотки статора асинхронного электродвигателя 5 не подается.
Резисторы 10 и 12 обеспечивают разряд конденсатора 11.
Во время пуска асинхронного электродвигателя 5 с выхода трехфазного автотрансформатора 2 на его обмотки статора подается напряжение меньше 380 В. Однако, поскольку происходит пропорциональное снижение как переменной, так постоянной составляющих напряжения, на выходе трехфазного выпрямителя 9 соотношение напряжений на входах компаратора 20 не изменяется. Компаратор 20 будет включаться практически при любом напряжении, поступающем с выхода трехфазного выпрямителя 9.
Таким образом, расширяется область применения устройства повышается надежность.
Источники информации:
1. Комар А.А. Основы электропривода и аппараты управления. М «Энергия», 1968.
2. Березин O.K., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры, М., «ТриЛ», 2000.
3. Вешеневский С.И. Характеристики двигателей в электроприводе, М., «Энергия», 1977.