УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАВНОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

Устройство для плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором
Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для плавного включения асинхронных трехфазных двигателей с короткозамкнутым ротором, используемых для привода погружных центробежных насосов в станции управления и защиты насосных установок.
Известно устройство, описанное в авторском свидетельстве СССР №1108589 опубл. 1984г., которое содержит блок управления, выход которого соединен с входом формирователя напряжения, блок импульсно-фазового управления, выход которого соединен с управляющими электродами тиристоров тиристорного регулятора напряжения, включенного в фазы статорной обмотки асинхронного двигателя. Обеспечение плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя осуществляется за счет формирования экспоненциальных изменяющихся напряжений на выходе формирователя.
Недостатком известного устройства является отсутствие средств позволяющих осуществлять запуск двигателя при низких температурах и обеспечение работы двигателя при высоких температурах.
Известно так же устройство для плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя, описанное в авторском свидетельстве СССР №1582308 опубл. 1990г., в котором для осуществления запуска двигателя при низких температурах и обеспечения работы двигателя при высоких температурах используется термометр (тепловое реле) имеющий тепловой контакт с радиаторами тиристоров блока тиристорных коммутаторов фазных
напряжений. Сигнал с выхода теплового реле осуществляет срабатывание реле защиты, что обеспечивает отключение электродвигателя.
Недостаток устройства состоит в том, что он не позволяет осуществить плавный пуск асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
Наиболее близким по технической сущности заявленному изобретению является, принятое в качестве прототипа, устройство для плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя ( патент РФ №2146331 опубл. 03.10.2000). Устройство содержит программируемый блок управления, блок задания параметров. Выход модуля плавного пуска подключен к входу электродвигателя через блок тиристорных коммутаторов фазных напряжений и/или блок пускокоммутационной аппаратуры.
Заявленное устройство позволяет уменьшить пусковые токи двигателя, а также снизить ударные пусковые нагрузки на подшипники и лопатки центробежного насоса, при этом значительно увеличивается срок эксплуатации двигателя и насоса. Кроме того заявленное устройство позволяет расширить арсенал технических средств обеспечивающих плавный пуск асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором и расширить свои функциональные возможности.
Сущность предложения заключается в том, что устройство для плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя, содержит блок тиристорных коммутаторов фазных напряжений, фазные выходы которого подключены к входу асинхронного трехфазного электродвигателя, фазные входы к соответствующим фазам сети питания, контроллер, предназначенный для осуществления плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя путем подачи сигналов управления на управляющие электроды тиристоров блока тиристорных коммутаторов фазных напряжений, для формирования сигнала на включение контактора на станции управления и защиты насосной установки, короткозамыкающие контакты которого подключены параллельно блоку тиристорных коммутаторов фазных напряжений между его соответствующими фазными входами и фазными выходами, первый вход контроллера предназначен для приема сигнала команды «ПУСК-С.
Кроме того устройство содержит блок оптоэлектронной развязки, входы которого через введенные токоограничивающие резисторы подключены к соответствующим фазным выходам блока тиристорных коммутаторов фазных напряжений, а выходы - к второму, третьему и четвертому входам контроллера, так же для осуществления контроля короткого замыкания тиристоров блока тиристорных коммутаторов фазных напряжений.
Кроме того устройство содержит терморизистор, имеющий тепловой контакт с радиаторами тиристоров блока тиристорных коммутаторов фазных напряжений, и подключенный к пятому входу контроллера, который так же осуществляет контроль температуры и вырабатывает сигнал на включение или отключение вентилятора, или на включение или отключение блока тиристорных коммутаторов фазных напряжений.
Предложение поясняется чертежом, на котором на фиг.1 изображено устройство для плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
Устройство для плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором содержит три трансформатора линейного тока 1,2 и 3, первичными обмотками которых являются фазные токопроводы, соединяющие фазы сети питания асинхронного трехфазного электродвигателя и фазные входы блок 4 тиристорных коммутаторов фазных напряжений. Вторичные обмотки трансформаторов линейного тока 1,2 и 3 подключены к выпрямителю 5. Блок управления 6, который состоит из контроллера 7, блока 8 управления индикации и термостабилизации, источника питания 9, который обеспечивает питание контроллера 7, и подает на контроллер 7 опорное напряжение, относительно которого формируются программируемая задержка импульсов запуска силовых тиристоров, выход вы:li /c i/i //
прямителя 5 соединен с одним из входов контроллера 7, блока 10 оптоэлектронной развязки контроллера 7 и станции управления и защиты насосной установки по сигналу команды «ПУСК-С, блока 11 усилителей импульсов запуска силовых тиристоров 12,13,14,15,16 и 17 блока 4 тиристорных коммутаторов фазных напряжений, блока 18 гальванической развязки импульсов запуска силовых тиристоров 12,13,14,15,16 и 17, усилителя 19 сигнала команды «ПУСК-У на включение контактора на станции управления и защиты насосной установки, короткозамыкающие контакты 20,21 и 22 которого подключены параллельно блоку 4 тиристорных коммутаторов фазных напряжений, усилителя 23 сигнала команды на включение вентилятора. Блок 24 оптоэлектронной развязки фазных выходов блока 4 тиристорных коммутаторов фазных напряжений и соответствующих входов контроллера 7. Токоограничивающие резисторы 25,26 и 27. Терморизистор 28, имеющий тепловой контакт с радиаторами тиристоров 12,13,14,15,16, и 17.
До начала пуска асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором осуществляется проверка на отсутствие короткозамкнутых тиристоров 12,13,14,15,16, и 17 до их включения.
Контроль тиристоров во всех трех фазах аналогичен, поэтому рассмотрим только один канал.
Когда тиристоры заперты и не пробиты, на них падает синусоидальное фазовое напряжение, под влиянием которого, через токоограничивающие резисторы 25, 26, 27 запитываются светодиоды опторазвязки блока 24 оптоэлектронной развязки фазных выходов блока 4 тиристорных коммутаторов фазных напряжений и соответствующих входов контроллера 7, во время положительных полупериодов фототранзистор блока 24 замкнут и накопительный конденсатор блока 24 разряжается до нуля, постоянная времени конденсатора подобрана таким образом, что в паузах между разрядами конденсатор не успевает заряжаться до порогового напряжения, контроллер до прихода команды ПУСК-С делает вывод о целостности тиристоров.
В случае, если хотя бы один тиристор 12,13,14,15,16, и 17 в фазе пробит, напряжение на тиристорах равно нулю. Светодиод обесточен и накопительный конденсатор блока 24 заряжается до порогового напряжения, срабатывает защита от короткого замыкания тиристоров.
По результатам измерения и контроля в блок 8 управления индикации и термостабилизации от контроллера 7 поступает сигнал о наличии или отсутствии короткого замыкания силовых тиристоров 12,13,14,15,16, и 17.
Терморизистор 28 измеряет температуру радиаторов тиристоров 12,13,14,15,16, и 17 и данная информация поступает на соответствующий вход контроллера 7. Если температура тиристоров выше максимально допустимой, то блок 8 запещает прохождение импульсов запуска тиристоров 12,13,14,15,16 и 17, а в блок 8 от контролера 7 поступает на индикацию информация о перегреве тиристоров.
На вход контроллера 7 подается синхроимпульс положительной амплитуды +5В и длительностью 5мкс, который совпадает по фазе с началом фазового напряжения фазы А. Сетка импульсов поджига формируется относительно синхроимпульса со сдвигом 120° эл. градусов между фазами А; В; С и со сдвигом 180° эл. градусов во встречно-параллельно включенных тиристорах каждой фазы.
Устройство для плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором обеспечивает следующие режимы работы: При поступлении со станции управления и защиты насосной установки сигнала команды «ПУСК-С контроллер 7 по предварительно заданной программе формирует сигналы для плавного увеличения углов отпирания тиристоров 12,13,14,15,16, и 17.
Основным режимом работы устройства является мягкий пуск.
В этом режиме, программой записанной в контроллере 7, задается величина начального пускового момента. Начальный пусковой момент устанавливается в процентах от момента двигателя с заторможенным ротором, в
пределах от О до 90 %.В течении времени разгона двигателя происходит плавное увеличение выходного напряжения до сетевого. Время разгона задается в диапазоне от О до 30 сек. Так же введена регулируемая задержка защиты по заклиниванию. Для этого силовой ток, протекающий через тиристоры 12,13,14,15,16, и 17 блока 4 тиристорных коммутаторов фазных напряжений, преобразуется трансформаторами линейного тока 1,2 и 3 в переменное напряжение, которое преобразуется в постоянное напряжение при помощи трехфазного выпрямителя 5, собранного по схеме Ларионова. Постоянное напряжение с выхода выпрямителя подается на вход контроллера 7.
Контроллер 7 осуществляет проверку амплитуды этого напряжения по окончании времени задержки по заклиниванию, если в этот момент напряжение на выходе выпрямителя 5 превыщает порог, соответствующий 100% номинального тока двигателя срабатывает защита по заклиниванию.
Если после окончания времени задержки по заклиниванию, контроллер 7 определит, что двигатель вышел на номинальные обороты и ток менее 100% от номинального, включается контактор размещенный на станции управления и защиты насосной установки, который коммутирует короткозамыкающие контакты 20,21 и 22.
Другим режимом является толчковый режим, который позволяет двигателю преодолеть нагрузку, требующую повышенного пускового момента. В этом режиме напряжение на выходе устройства за 0,2 сек. после подключения возрастет до полного значения, удерживается на этом уровне в течение времени толчка, заранее заданном оператором в пределах от О до 2 сек., а затем в течение 0,1-0,2 сек переходит в режим мягкого пуска, согласно установленным величинам начального пускового момента и времени разгона. Включение контактора осуществляется аналогично режиму мягкого пуска.
Третьим режимом является пуск с полным включением. 6
установленное время разгона контролируется достижение двигателем номинальных оборотов, включается контактор, размещенный на станции унравления и защиты насосной установки, который коммутирует короткозамыкающие контакты 20,21 и 22.
Устройство для плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором обеспечивает режим защиты и диагностики.
Защита по заклиниванию срабатывает по окончанию установленного оператором времени задержки по заклиниванию, в случае, если линейный ток двигателя, контролируемый контроллером 7 с выхода выпрямителя 5, превышает установленный оператором уровень.
Защита от короткого замыкания нагрузки.
Для выполнения данного режима используется сигнал с выхода выпрямителя 5.
После поступления сигнала команды «ПУСК-С при минимальных углах отпирания тиристоров 12,13,14,15,16, и 17 (5-10 эл. градусов) проверяется амплитуда линейного тока с выхода выпрямителя 5), защита срабатывает, если превышен допустимый уровень линейного тока.
Защита от понижения температуры.
Срабатывает, если в зоне индикатора и контроллера температура ниже допустимой, при этом блок 8 отключает питание контроллера 7 и индикации и включает подогрев блока 6.
Максимальная токовая защита срабатывает, если во время работы станции линейный ток двигателя превышает 6-ти кратное значение номинального тока двигателя.
Защита по питанию собственных нужд срабатывает при отсутствии напряжения питания с источника питания 9.
Устройство для плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором так же обеспечивает режим индикации.
Информация о режимах работы устройства, готовности к работе в выбранном режиме, сообщения о неисправностях устройства, а также параметры рабочих режимов индицируются на двухстрочном жидкокристаллическом дисплее по 16 знаков в каждой строке.
Выбор режимов, ввод параметров управление контролем информации, осуществляется при помощи 5-ти кнопок («СБРОС, «ВЫБОР, «ВВОД, «+, «-«), расположенных на лицевой панели блока управления. Функции и назначение кнопок управления указаны в табл. 1.
Надпись на кнопке СБРОС ВЫБОР На Таблица 1
Назначение кнопки Нажатие кнопки СБРОС вызывает переход на один уровень программирования вверх в меню программирования. Кроме того, нажатием этой кнопки сбрасывается блокировка команды ПУСК-С при срабатывании защиты. жатие кнопки ВЫБОР имеет две функции: по нажатию кнопки поочередно становятся активной верхняя или нижняя строка дисплея (активная строка индицируется первым мигающим символом); при установке параметров в режиме НРОГРАММИРОВАНИЕ нажатие кнопки перемещает курсор (мигающий символ от позиции наименьшего значащего разряда к позиции самого старшего значащего разряда).
Нажатие кнопки +(-) используется для увеличения или уменьшенияпараметраврежиме
ПРОГРАММИРОВАНР1Е или для перехода к различным режимам, группам, параметрам в пределах выбранного уровня режима, группы или параметров. ВВОД
Конструктивные особенности.
Устройство для плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором размещается в левом нижнем углу станции.
Габариты устройства не более 210x280x3 50мм (ширина, высота и глубина).
Конструктивно устройство состоит из следующих частей, расположенных одна над другой.
Силовой панели, на которой монтируется силовой модуль и трансформаторы линейных токов 1,2 и 3.
Над силовым модулем монтируется на втулках плата резисторов, где установлены токоограничивающие резисторы 25,26,27, выпрямитель 5, блок гальванической развязки 18.
Еще выше устанавливается блок управления 6, на лицевой панели которого расположены кнопки управления    Выбор ; Сброс ; ЖКИ две строки, 16 знаков в строке; индикатор работы термостата блока Нажатием кнопки ВВОД выбирается необходимый режим или группа параметров, или в память контроллерам вводится установленное значение параметра. Носле запоминания параметра, автоматически становится активной верхняя строка дисплея, что позволяет перейти к следующему параметру.
управления «НАГРЕВ. К задней стенке блока управления 6 на втулках монтируется плата источника питания 9.
Расположение узлов устройства для плавного пуска асинхронного трехфазного электродвигателя с короткозамкнутым ротором:
В силовом модуле установлены силовые тиристоры 12,13,14,15,16 и 17, терморизистор 28, который крепится непосредственно к радиаторам силовых тиристоров 12,13,14,15,16 и 17.
Конструктивные особенности блока управления.
Блок управления 6 состоит из расположенных одна под другой трех плат: платы сопряжения, платы контроллера, платы управления индикации и термостабилизации.
В самом низу блока управления расположена плата сопряжения, на которой размещены блоки 10, 11, 19, 23.
Над платой сопряжения расположена плата контроллера, обеспечивающая выполнение алгоритма работы устройства.
Над платой контроллера возле лицевой панели размещена плата управления индикации и термостатирования.
На плате размещены органы индикации, управления, схемы термостатирования блока 6, схема отключения контроллера при температуре в области ЖКИ и контроллера ниже допустимого уровня, схема стабилизации питания контроллера, схема стабилизации напряжения питания каскадов управления выходными усилителями импульсов запуска.
Все эти платы установлены в термоизолированном кожухе, на лицевой панели которого размещены отверстия для ЖКИ, кнопок управления и индикатора «НАГРЕВ.
На лицевой панели блока наклеена пленка с прозрачными окнами для ЖКИ, светодиода и с изображением кнопок с соответствующими надписями.