МНОГОУРОВНЕВЫЙ СТАРТЕР ЗВЕЗДА-ТРЕУГОЛЬНИК ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИНДУКЦИОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
MULTILEVEL STAR-DELTA STARTER FOR CONTROL OF INDUCTION MOTOR

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Это изобретение относится к области управление индукционными двигателями, в особенности, к устройствам управления запуском и остановкой индукционных двигателей посредством ограничения энергии, которую получает индукционный двигатель, при пошаговом изменении характеристик электрического тока, подаваемого на индукционный двигатель.
ОСНОВАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Запуск индукционного двигателя при непосредственном его подключении к сети сопровождается увеличением тока в несколько раз по сравнению с номинальным током. Для уменьшения пускового тока ограничивают энергию, получаемую индукционным двигателем в течение периода запуска. Для этого используют стартер индукционного двигателя, который изменяет характеристики электрического тока подаваемого на индукционный двигатель.
В современной промышленности широко используются стартеры типа звезда-треугольник и автотрансформаторные стартеры, которые изменяют напряжение, даваемое индукционному двигателю, пошагово. Из-за небольшого числа шагов и выполнения их в неоптимальные моменты времени качество процесса запуска неудовлетворительно.
Стартер типа звезда треугольник увеличивает потребление энергия индукционного двигателя в три раза, когда обмотки индукционного двигателя изменяют конфигурацию со звезды на треугольник. Из этого факта ясно, что индукционный двигатель получает приращение энергии при образовании конфигурации треугольник обмоток два раза больше, чем приращение энергии на шаге запуска двигателя с конфигурацией звезда обмоток индукционного двигателя. В этом причина, что ток и продолжительность шага с конфигурацией треугольник больше, чем с конфигурацией звезда.
В (РСТ WO 00/77919) пытаются улучшить характеристики запуска индукционного двигателя в связи с его старением посредством периодического определения периода времени его запуска в конфигурации звезда.
Добавление только одного энергетического уровня между уровнями, соответствующими конфигурации звезда и конфигурации треугольник обмоток стартера индукционного двигателя, позволяет выравнить уровень приращения энергии при каждом изменении энергетического уровня, и получить эквивалентное качество запуска в течение всего стартового периода.
Иногда стартовый момент достигается при снабжении индукционного двигателя меньшим количеством энергии, чем та, что индукционный двигатель получает при конфигурации звезда.
С увеличением число шагов возможно усовершенствование качества запуска индукционного двигателя с получением плавного запуска индукционного двигателя, особенно в трудных случаях.
Важно выбрать простые и дешевые элементы с постоянными характеристиками, добавление которых в структуру стартера типа звезда-треугольник превратит его в многоуровневый стартер типа звезда-треугольник.
В патентах JP 56083276, JP 11225492А, DE 19704092 A и JP 200217117 увеличивают число шагов в конфигурации треугольник, а в качестве элементов используют сопротивления (патенты JP56083276, JP 11225492 A), дроссели (патент DE 19704092 A) и реакторы насыщения (патент JP 200217117). В патенте JP 200217117 нелинейный элемент (реактор насыщения) параллельный силовому контакту контактор для конфигурации треугольник позволяет получить две схемы в конфигурации треугольник: обмотки индукционного двигателя соединены последовательно с нелинейным элементом и обмотки статора индукционного двигателя без этого элемента. Однако, в конфигурации звезда этот элемент увеличивает потребление энергии из сети, так как он параллелен обмоткам стартера индукционного двигателя.
Известна система управления (Патент США No 7330000), используемая для управления уровнем напряжения, подаваемого к нагрузке. Она содержит контур, включающий, по меньшей мере, один трансформатор, имеющий первичную обмотку, подсоединенную для снабжения напряжением, и вторичную обмотку, соединенную последовательно с нагрузкой. Кроме того, дополнительно имеется переключающее устройство, которое в первой позиции служит для присоединения первичной обмотки к снабжаемому напряжению для введения напряжения противоположной полярности во вторичной обмотке трансформатора. Более того, переключающее устройство, которое во второй позиции служит для отключения первичной обмотки от снабжаемого напряжение и шунтирования первичной обмотки так, чтобы не было влияния на напряжение во вторичной обмотке.
Устройство управления стартером типа звезда треугольник изменяет позицию контактов контакторов, которые определяют конфигурацию обмоток индукционного двигателя, через заданный интервал времени, определяемый таймером. Однако с увеличение числа шагов добавления энергия индукционному двигателю увеличивается трудность выбора промежутков времени между шагами. Предпочтительно устройство управления, работающее в автоматическом режиме.
Иногда необходимо, чтобы СТОП процесс индукционного двигателя удовлетворял определенным характеристикам, например, осуществлялся плавный останов двигателя. В пускателях плавного пуска (soft starters) плавный останов двигателя осуществляется посредством постепенного увеличения угла зажигания (Патенты США No. 4,052,648, 5,008,608).
Следовательно, первостепенной целью и чертой настоящего изобретения является усовершенствование стартера типа звезда треугольник как многоуровневового стартера типа звезда-треугольник для управления запуском и остановом индукционного двигателя.
Также, первостепенной целью и чертой настоящего изобретение является усовершенствование стартера типа звезда треугольник путем использования традиционных и не дорогих компонентов для управления запуском и остановом индукционного двигателя.
Кроме того, первостепенной целью и чертой настоящего изобретение является усовершенствование устройства управления для эффективного управления запуском и остановом индукционного двигателя.
РЕЗУЛЬТАТ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с настоящим изобретением, многоуровневый стартер звезда-треугольник предназначен для управления индукционным двигателем. Стартер включает входные контакты для присоединения источнику переменного тока, выходные контакты для присоединения к индукционному двигателю, трехфазные контакторы для создания конфигураций звезда и треугольник, устройство управления и энергоограничивающее устройство с входными, выходными и управляющими контактами. Катушки и сигнальные контакты контакторов, и управляющие контакты энергоограничивающего устройства присоединены к устройству управления.
Предпочтительная реализация позволяет в соответствии с выбором пользователя производить трех, четырех и т.д. ступенчатый запуск и останов индукционного двигателя. При этом используются неизменяемые элементы в изменяемых фазовых компонентах энергоограничивающего устройства.
Предпочтительные реализации различаются друг о г друга местом энергоограничивающего устройство, внутри или вне конфигурации треугольник обмоток индукционного двигателя, впереди или после индукционного двигателя. Порядок соединения индукционного двигателя и энергоограничивающего устройства могут влиять в случае использования нелинейного элемента в изменяемом фазовом компоненте энергоограничивающего устройства.
Четырех шаговый запуск и останов производят посредством включения и отключения элемента в одной из следующих комбинаций структур:
- конфигурации звезда и в конфигурации треугольник, когда изменяемый фазовый компонент и обмотка индукционного двигателя соединены последовательно, или
- энергоограничивающее устройство присоединено между фазовой линией снабжения энергией и двигателем и обмотки индукционного двигателя в конфигурации звезда и треугольник.
Предпочтительная реализация энергоограничивающего устройства состоит из элемента из списка: варистор и сидактор (SIDACtor), и дополнительного трехфазного контактора, причем, элемент и силовые контакты контактора присоединены к входным и выходным клеммам энергоограничивающего устройства и катушка и сигнальные контакты контакторов присоединены к клеммам управления энергоограничивающее устройство. Элементы имеют фиксированную и ограниченную способность изменять характеристики электрического тока.
В предпочтительной реализации, в которой энергоограничивающее устройство включает трехфазный трансформатор, число дополнительных трехфазных контакторов увеличиваться до трех из-за необходимости отключать трансформатор от контура, когда он не используется для преобразования электрического тока, подаваемого в индукционный двигатель.
Выбор различных соединений первичных обмоток трансформатора дает различные изменения напряжения посредством трансформатора в результате изменения линейного напряжение на концах первичных обмоток. Этот факт позволяет регулировать процесс запуска и останова на стадии монтажа.
Однако, возможно управление напряжением путем изменения конфигурации трансформатора в течении пуска или останова.
В предпочтительной реализации для этой цели трехфазный трансформатор энергоограничивающего устройства включает пять трансформаторных трехфазных контакторов. Эти контакторы позволяют производит пять различных соединени концов первичной обмотки, что позволяет получить пять уровней изменения напряжения на вторичной обмотке. Это позволяет получить двеннадцати уровневый стартер типа звезда-треугольник посредством использования трансформатора с трансформаторными контакторами в четырех уровневой структуре стартера.
Предпочтительная реализация устройства управления состоит из контура для определения моментов изменения уровня энергии и контура для выполнения изменения уровня энергии.
Контур для определения моментов изменения уровня энергии включает первый датчик эффективного напряжения, второй датчик одного из параметров из следующего списка:
фазовый эффективный ток через обмотки индукционного двигателя или энергия индукционного двигателя, первый дифференциатор для определения скорости изменения напряжения, первое устройство сравнения для сравнения скорости изменения напряжения и заданной скорости изменения напряжения, второе устройство сравнения для сравнения скорости изменения параметра и заданной скорости изменения параметра, первое задающее устройство для задания скорости изменения напряжения, присоединенное к первому устройству сравнения, второе задающее устройство для задания скорости изменения параметра, присоединенное ко второму устройству сравнения, первое нуль-реле скорости изменения напряжения, второе нуль-реле скорости изменения параметра.
Контур для изменения уровней энергия включает логический блок И, реле уровня с двумя открытыми контактами и несколькими закрытыми контактами для управления изменением линий управления и устройства контроля состояния контакторов. Количество логических блоков И количество реле управления, на единицу меньше чем число энергетических уровней. Количество линий управления равно числу энергетических уровней. Количество устройств контроля состояния контакторов равно числу контакторов.
Устройство управления также включает источник управляющего напряжения, кнопки СТАРТ и СТОП, блокирующее реле.
Компоненты устройства управления соединены следующим образом.
Первый датчик, первый дифференциатор, первое устройство сравнения и первое нуль-реле присоединены последовательно.
Второй датчик, второй дифференциатор и второе устройство сравнения соединены последовательно, выход второго устройства сравнения присоединен ко второму нуль-реле через закрытый контакт первого нуль-реле.
Линия управления выбранными энергетическими уровнями присоединены к первым концам катушек трехфазных контакторов, которые соответствуют выбранному энергетическому уровню при замыкании силовых контактов.
Устройства управления состоянием контакторов соединены с соответствующими контакторами и выходы устройств управления состоянием этих контактор, присоединены к входам логического блока И, соответствующего энергетического уровню линия управления.
Первые концы катушек реле уровня присоединены к логическому блоку И предыдущего энергетического уровня через закрытый контакт второго нуль-реле.
Фазовый выход источника управляющего напряжения через кнопку СТОП и кнопку СТАРТ, которая присоединена параллельно открытому контакту блокирующего реле, присоединен через первый открытый контакт используемого реле уровня и закрытый контакт реле уровня следующего уровня к линии управления, через второй открытый контакт реле уровня к их первым концам катушек, через открытый контакт первого нуль-реле к первым концам катушек второго нуль-реле, к первым концам катушек блокирующего реле и к устройству контроля состоянием контакторов.
Нулевой выход напряжения источника управляющего напряжения присоединен ко вторым концам катушек блокирующего реле, нуль-реле, реле уровней и контакторов.
Еще в одной предпочтительной реализации устройство управления позволяет выполнять запуск и плавную остановку с автоматическим определением моментов изменения энергетического уровня и состоит из контура для определения моментов изменения уровня энергии и контура для выполнения изменения уровня энергии.
Контур для определения моментов изменения уровня энергии почти такой же, как и в предыдущей реализации.
Контур для определения моментов изменения уровня энергии включает первый датчик эффективного напряжения, второй датчик одного из параметров из следующего списка: фазовый эффективный ток через обмотки индукционного двигателя и энергия индукционного двигателя, первый дифференциатор для определения скорости изменения напряжения, второй дифференциатор для определения скорости изменения параметра, первое устройство сравнения для сравнения скорости изменения напряжения и заданной скорости изменения напряжения, второе устройство сравнения для сравнения скорости изменения параметра и заданной скорости изменения параметра, первое задающее устройство для скорости изменения напряжения, присоединенное к первому устройству сравнения, второе задающее устройство для скорости изменения параметра, присоединенное ко второму устройству сравнения, первое нуль-реле скорости изменения напряжения, второе нуль-реле скорости изменения параметра.
Контур для выполнения энергия уровень определения включает логический блок И реле уровня с два открытыми контактами и несколько закрытых контактов для управления линиями управления, присоединенными к первым концам катушек контакторов, которые в закрытой позиции определяют соответствующий энергетический уровень, устройства контроля состояния контакторов. Число логических блоков И равно числу энергетических уровней минус один. Число реле уровней и линий управления равно числу энергетических уровней. Число устройств управления состоянием контакторов равно числу контакторов.
Контур для изменения энергетических уровней из-за добавления плавной остановки включает также первое и второе реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП, финиш-реле МЕДЛЕННЫЙ СТОП.
Устройство управления также включает источник управляющего напряжения, кнопки: СТАРТ, СТОП и МЕДЛЕННЫЙ СТОП и блокирующее реле для кнопок СТАРТ и МЕДЛЕННЫЙ СТОП.
Компоненты устройства управления соединены следующим образом:
Первый датчик, первый дифференциатор, первое устройство сравнения и первое нуль-реле присоединены последовательно. Второй датчик, второй дифференциатор и второе устройство сравнения соединены последовательно, и выход второго устройства сравнения присоединен второму нуль-реле через закрытый контакт первого нуль-реле.
Каждая линия управления присоединена к первым концам катушек контакторов, обеспечивающих в закрытой позиции соответствующий энергетический уровень,
Устройства контроля состояния контакторов соединены с соответствующими контакторами.
Выходы устройств контроля состоянием этих контакторов, первые концы катушек которых присоединены к линии управления, присоединены к входам логического блока И, соответствующего энергетическому уровню линия управления.
Выходы логического блока И выбранных энергетических уровней присоединены к первым концам катушек реле уровня следующих энергетических уровней через последовательно соединенные закрытые контакты первого реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП, которые присоединены к выходам логических блоков И, и закрытые контакты второго нуль-реле, которые присоединены к реле уровня следующего энергетического уровня. Те же выходы логических блоков И выбранных энергетических уровней присоединены к первым концам катушек реле уровня предыдущих энергетических уровней через последовательно соединенные открытые контакты первого реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП, которые присоединены к выходам логических блоков И, и закрытые контакты второго нуль-реле, которые присоединены к реле уровней предыдущих энергетических уровней. Таким образом, соединены все логические блоки И, за исключением логического блока И первого энергетического уровня. Выход логического блока И первого энергетического уровня присоединен к финиш-реле МЕДЛЕННЫЙ СТОП через последовательно соединенный открытый контакт первого реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОН, который присоединен к выходу первого логического блока И, и закрытый контакт второго нуль-реле, который присоединен к первому концу катушки финиш-реле МЕДЛЕННЫЙ СТОН.
Напряжение фазового выхода источника управляющего напряжения через закрытый контакт финиш-реле МЕДЛЕННЫЙ СТОП. кнопку СТОП и кнопку СТАРТ, к которой параллельно присоединен открытый контакт блокирующего реле, присоединены к линиям снабжения элементов устройства управления управляющим напряжением.
Напряжение фазового выхода источника управляющего напряжения присоединено:
- к линиям управления энергетическими уровнями через соединенные последовательно первый открытый контакт реле уровня используемого энергетического уровня и закрытые контакты реле уровней для следующих энергетических уровней,
- к первым концам катушек реле уровней выбранных энергетических уровней для всех уровней, кроме максимального, через контур из двух параллельных цепе и, их открытый контакт, присоединенный с одной стороны к первым концам катушек реле уровней, а с другой стороны к двум параллельным цепям, присоединенных свободными концами к фазовому выходу источника управляющего напряжения, причем, одна из цепей состоит из закрытого контакта второго реле управления МЕДЛЕННЫЙ_СТОП и закрытого контакта реле уровня для управление следующим из энергетических уровней, которые последовательно соединены между собой, а вторая состоит из последовательно соединенных открытого контакта второго реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП и закрытого контакта реле уровня для управление предыдущим из энергетических уровней,
- к первому концу катушки реле максимального энергетического уровня через закрытый контакт второго реле МЕДЛЕННЫЙ СТОП, соединенный последовательно со вторым открытым контактом реле максимального энергетического уровня,
- к первому концу катушки реле уровня первого энергетического уровня через закрытый контакт первого реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП, соединенный последовательно с закрытым контактом реле уровня первого энергетического уровня,
- первым концам катушек реле уровней, которые на одну ступень меньше чем последний из энергетических уровней, через открытый контакт первого реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП, соединенный последовательно с закрытым контактом этого реле уровня,
- к первому концу катушки реле второго нуль-реле через открытый контакт первого нуль реле,
- к устройствам контроля позиции контакторов,
к первому концу катушки блокирующего реле,
- к первому концу катушки финиш реле МЕДЛЕННЫЙ СТОП через соединенный последовательно открытый контакт первого реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП и закрытый контакт второго нуль-реле,
- к кнопке МЕДЛЕННЫЙ СТОП и открытому контакту блокирующего реле МЕДЛЕННЫЙ СТОП и через них к первому концу катушки блокирующего реле МЕДЛЕННЫЙ СТОП и первым концам катушек первого и второго реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП.
Нулевой фазовый выход источника управляющего напряжения присоединен ко вторым концам катушек блокирующего реле, финиш реле МЕДЛЕННЫЙ СТОП, реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП, нуль-реле, реле уровней и контакторов.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Приведенные здесь чертежи иллюстрируют предпочтительную конструкцию настоящего изобретения, в которой раскрываются упомянутые выше преимущества и черты.
На чертежах:
На Фиг.1 представлена схема многоуровневового стартера типа звезда-треугольник для запуска и остановки индукционного двигателя в соответствии с изобретением;
На Фиг.2 представлена схема энергоограничивающего устройства с пассивными элементами в многоуровневовом стартере типа звезда-треугольник для запуска и остановки индукционного двигателя в соответствии с изобретением;
На Фиг.3 представлена схема энергоограничивающего устройства с трехфазным трансформатором в многоуровневовом стартере тина звезда-треугольник для запуска и остановки индукционного двигателя в соответствии с изобретением;
На Фиг.4а, 4b и 4с представлена схемы многоуровневового стартера типа звезда-треугольник для запуска индукционного двигателя и для запуска и плавной остановки в соответствии с изобретением с устройством автоматического управления изменением энергетических уровней,
На Фиг.5 представлена схема многоуровневового стартера типа звезда-треугольник для запуска и остановки индукционного двигателя с увеличенным числом уровней в соответствии с изобретением.
ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Преимущества и детали будут правильно поняты из описания, иллюстрирующего использование изобретения.
На Фиг.1 представлена схема мпогоуровневового стартера тина звезда-треугольник для запуска и остановки индукционного двигателя в соответствии с изобретением; которая обозначена числом 10.
Система включает индукционный двигатель 12 с контактами 13a, 13b, 13c, 13d, 13е и 13f. Он присоединен к многоуровневому стартеру типа звезда треугольник 14, имеющему выходные контакты 15а, 15b, 15c, 15d, 15e, 15f посредством линий 16а, 16b, 16c, 16d, 16e и 16f. Входные контакты 17а, 17b и 17c стартера типа звезда треугольник 14 присоединены к трехфазному источнику переменного тока 18 посредством линий 19а, 19b и 19c. Источник 18 обеспечивает подачу линейного напряжения V.sub.A, V.sub.B и V.sub.C и линейного тока I.sub.A, I.sub.B и I.sub.C через соответствующие линии 19а, 19b и 19c к стартеру 14. Фазовое напряжение V.sub.a, V.sub.b и V.sub.c и фазовый ток I.sub.a, I.sub.b и I.sub.c различного энергетического уровня в обмотки 20а, 20b и 20c индукционного двигателя 12 подается посредством стартер типа звезда треугольник 14.
Стартер типа звезда треугольник 14 состоит из контактора 21 для производства конфигурации звезда фазовых последовательных электрических контуров, включающих фазовые обмотки индукционного двигателя, контактора 22 для производства конфигурации треугольник фазовых последовательных электрических контуров, включающих фазовые обмотки индукционного двигателя, энергоограничивающего устройства 23 и устройства управления 24. Устройство управления 24 передает управление контакторам 21 и 22 и к энергоограничивающему устройству 23 посредством линий 25-27 и получает от этих устройств информацию посредством линий 28-30. Энергоограничивающее устройство 23 имеет силовые входные 31a, 31b и 31c, силовые выходные 32а, 32b, и 32c и управляющие 33a и 33b клеммы. Силовые контакты контактора 21, образуют конфигурацию звезда фазовых последовательных электрических контуров включающих фазовые обмотки индукционного двигателя благодаря присоединению с одной стороны к проводу 34. С другой стороны силовые контакты контактора 21 присоединены к силовым контактам контактора 22 посредством линий 35а, 35b и 35c.
Предпочтительная реализация, представленная на Фиг.1 демонстрирует схему многоуровневового стартера типа звезда-треугольник для запуска и остановки индукционного двигателя в соответствии с изобретением, где энергоограничивающее устройство 23 может быть включено между контактором 22 и началами обмоток индукционного двигателя 20а, 20b, и 20c, как на Фиг.1, а также между контактором 21 и концами обмоток индукционного двигателя 20а, 20b и 20c, или между входами 17а, 17b и 17c стартер и контактором 22.
В связи с различной природой и свойствами элемента как источника энергии на основе трансформатора и элемента как устройства модуляции электрического напряжения и тока, конструкция энергоограничивающих устройств 23 различна для каждого конкретного случая. Обозначим через 23-ТР энергоограничивающее устройство, используещее элемент - источник энергии на основе трансформатора, и через 23-М энергоограничивающее устройство, используещее элемент - модулятор электрического напряжения и тока.
Энергоограничивающее устройство 23-М, что представлено на Фиг.2 включает блок 51 пассивных электрических элементов 52а, 52b и 52c и дополнительный контактор 53. Элементы 52а, 52b и 52c и силовые контакты контактора 53 посредством линий 54а, 54b и 54c и 55а, 55b и 55c присоединены к входам 31а, 31b и 31c и посредством линий 56а, 56b и 56c и 57а, 57b и 57c к выходам 32а, 32b и 32c энергоограничивающее устройство 23. Линии 58, 59 присоединяют катушки и сигнальные контакты контактора 53 к управляющим клеммам 33a и 33b. Элементами 52а, 52b и 52c служат варисторы или сидакторы, сопротивление которых при низком напряжении высокое, а при повышении напряжением некоторой величины оно снижается.
Энергоограничивающее устройство 23-ТР, что представлено на Фиг.3, включает трехфазный трансформатор 60 с первичными 61а, 61b и 61c и вторичными 62а, 62b и 62c обмотками и кроме дополнительного контактора 53 включает дополнительные контакторы 63 и 64. Трансформатор 60 посредством линий 65а, 65b и 65c и 66а, 66b и 66c присоединен к контакторам 63 и 64 соответственно. Контактор 63 посредством линий 67а, 67b и 67c присоединен к входам 31а, 31b и 31c и контактор 64 посредством линий 68а, 68b и 68c присоединен к выходам 32а, 32b и 32c энергоограничивающего устройства 23. Линии 69-72 присоединяют катушки и сигнальные контакты контакторов 63 и 64 управляющим клеммам 33a и 33b.
Контакторы 63 и 64 необходимы из-за того, что первичные обмотки 61а, 61b и 61c находятся под напряжением, когда контактор 53 закорачивает вторичные обмотки 62а, 62b и 62c.
Вторичные 62а, 62b и 62c обмотки трансформатора 60 через контакторы 63 и 64 присоединены к входам и выходам энергоограничивающего устройства 23. Различные присоединения первичных обмоток 61a, 61b и 61c к вторичным 62а, 62b и 62c обмоткам трансформатор 60 дают различных значения напряжение при использовании трансформатора. Этот факт дает направление регулирования СТАРТ или СТОП процессов на стадии подключения стартера к индукционному двигателю.
На Фиг.4а, показан многоуровневый стартер типа звезда-треугольник для запуска индукционного двигателя в соответствии с изобретением с устройствами управления, Фиг.4b и 4c, использующим измерение эффективного напряжения и эффективного тока.
Четыре уровня энергии подаются на индукционный двигатель:
1. Обмотки индукционного двигателя в конфигурации звезда и напряжение подается через трансформатор.
2. Обмотки индукционного двигателя в конфигурации звезда и напряжение подается непосредственно.
3. Обмотки индукционного двигателя в конфигурации треугольник и напряжение подается через трансформатор.
4. Обмотки индукционного двигателя в конфигурации треугольник и напряжение подается непосредственно.
Силовая схема системы описана в описании Фиг.1. Далее описано устройство управления.
Сошлемся посредством числа 200 на схему. Фиг.4а, как на предпочтительную реализацию в соответствии с изобретением многоуровневового стартера типа звезда-треугольник для запуска индукционного двигателя. Стартер с трансформаторным энергоограничивающим устройством, соответствующим Фиг.3, и устройством управления, использующим измерение эффективного напряжения и эффективного тока. Напряжение от источника переменного тока 206 поступает через трансформатор 207 или непосредственно па индукционный двигатель 208. Пять контакторов 201-205 использованы для четырехуровенего запуска посредством реализации необходимых совокупностей замкнутых контактор 201-205:
1 уровень. Контакторы 201, 204 и 205 замкнуты.
2 уровень. Контакторы 201 и 203 замкнуты.
3 уровень. Контакторы 202, 204 и 205 замкнуты.
4 уровень. Контакторы 202 и 203 замкнуты.
Контактор 201-205 имеют катушки 209-213, и сигнальные контакты 214-218.
Устройство управления 219 или 319 связано с другими устройствами стартера 200 линиями 1C-21С.
Устройство управления 219, Фиг.4b, для управления запуском двигателя включает датчик эффективного напряжения 220 и эффективного тока 221, дифференциатор напряжения 222 и тока 223, устройство сравнения скорости изменения напряжение 224 с задающим устройством 225 и устройство сравнения скорости изменения тока 226 с задающим устройством 227, катушка нуль-реле скорости изменения напряжение 228 с закрытым 229 и открытым 230 контактами, катушка нуль-реле скорости изменения тока 231 с закрытыми контактами 232-234.
Датчик эффективного напряжения 220, дифференциатор напряжения 222, устройство сравнения скорости изменения напряжение 224 и катушка нуль-реле скорости изменения напряжение 228 соединены последовательно. Датчик эффективного тока 221, дифференциатор тока 223, устройство сравнения скорости изменения тока 226, закрытый контакт 229 и катушка нуль-реле скорости изменения тока 231 соединены последовательно. Устройства и элементы позиций 220-231 образуют контур для определения моментов изменения энергетических уровней.
Устройство управления 219 включает логические блоки И 235-237, реле второго энергетического уровня с катушкой 238 и закрытым 239 и открытыми 240, 241 контактами, реле третьего энергетического уровня с катушкой 242 и закрытым 243-245 и открытыми 246, 247 контактами, реле четвертого энергетического уровня с катушкой 248 и закрытым 249-254 и открытыми 255, 256 контактами, кнопки СТАРТ 257 и СТОП 258 и источник управляющего напряжения 259 с фазовым выходом 260 и нулевым выходом 261, линиями 262-265 управления энергетическими уровнями, линиями 266-270 для информации о позиции контакторов, линий 271-273 снабжения элементов устройства управления управляющим напряжением и катушку 274 и открытый контакт 275 блокирующего реле.
Линию 271 используют для снабжения управляющим напряжением катушки и сигнальных контактов контакторов 201-205. Линию 272 используют для снабжения управляющим напряжением катушки нуль-реле скорости изменения тока 231 через контакт 230. Линию 273 используют для присоединения всех катушек контакторов и реле к нулевому выходу 261 источника управляющего напряжения 259.
Линии 262-265 совместно с контактами, связанными с катушками 238, 242 и 248, служат для управления контакторами 201-205, которые реализуют 1-4 энергетические уровни. Для управления контакторами 201, 204 и 205 используется линия 262, присоединенная к линит 271 через последовательно соединенные контакты 239, 243 и 249. Для управления контакторами 201и 203 служит линия 263, присоединненая к линии 271 через последовательно соединенные контакты 240, 244 и 250. Для управления контакторами 202, 204 и 205 служит линия 264, присоединенная к линии 271 через последовательно соединенные контакты 246 и 251. Для управления контакторами 202 и 203 служит линия 265 присоединенная к линии 271 через контакт 255.
Логические блоки И 235-237 и катушки 238, 242 и 248 соединены через контакты 232-234. Управляющее напряжение поступает на катушки 238, 242 и 248 от выходов логических блоков И 235-237 через контакты 232-234 или от линии 272 через контакты 241, 247 и 256. Линий 266-270 передают информацию о закрытом состоянии контакторов, когда соответствующий контакт 214-218 закрыт. Информация о закрытых контакторах, которая соответствует комбинации контакторов, закрытая позиция которых определяет энергетический уровень, поступает на логические блоки И 235-237. Таким образом, выход только одного из логических блоков И 235-237 включен. Это логический блок И согласуется с действующим энергетическим уровнем. Выходной потенциал логического блока И равен потенциалу управляющего напряжения.
Элементы 209-214, 232-256 и 262-270 схемы Фиг.4b образуют контур для определения энергетического уровня.
Запуск индукционного двигателя посредством устройств управления 219 выполняется следующим образом.
Когда нажимают кнопку 257 СТАРТ потенциал управляющего напряжения с выхода 260 источника напряжения 259 через кнопки 257 и 258, линию 271, контакты 239, 243 и 249, линию 262 поступает на катушки 209, 212 и 213 контакторов 201, 204 и 205, определяющих первый энергетический уровень. Контакторы замкнуты.
Одновременно выход 260 источника управляющего напряжения 259 подают на катушку 274 блокирующего реле и контакт 275 закрыт, и после освобождения кнопки 257 СТАРТ этот закрытый контакт используют вместо кнопки 257 для присоединения линий 271 и 272 к фазовому выходу 260 источника управляющего напряжения 259.
Эффективное напряжение, измеряемое посредством датчика 220, после дифференцирования в дифференциаторе 222 и сравнения с заданным значением скорости изменения напряжения в устройстве сравнения 224 образует на выходе устройства сравнения 224 напряжение, которое включает катушку 228 нуль-реле скорости изменения напряжение. В результате большой скорости изменения напряжение контакт 229 открыт и контакт 230 закрыт. Управляющее напряжение по линии 272 и контакт 230 поступает к катушке 231 нуль-реле скорости изменения тока и включает его. Контакты 232-234 открыты и логические блоки И 235-237 и катушки 238, 242 и 248 разъединены.
Когда замкнуты контакторы 201, 204 и 205, также замкнуты сигнальные контакты 214, 217 и 218. Потенциал выхода 260 источника управляющего напряжения 259 посредством линий 266, 269 и 270 поступает на логический блок И 235.
Важно для разделения включений энергетических уровней, чтобы между моментом времени, когда этот потенциал достигнут входа логических блоков И, и моментом времени, когда выходы логических блоков И 235-237 включатся, была бы временная задержка. Необходимо, чтобы логические блоки И 235-237 и катушки 238, 242 и 248, были разъединены посредством включения катушки 231, которая открывает контакты 232-234, прежде чем когда выходы логических блоков И 235-237 включатся.
Через некоторое время напряжение первого энергетического уровня почти достигнет максимальной величины. Скорость изменения напряжение почти равна нулю. Выходной потенциал устройства сравнения 224 низок. Катушка 228 отключается и контакты 229 и 230 возвращаются в исходное положение. Посредством этого действия управление катушкой 231 передается выходу устройство сравнения 226. Когда абсолютное значение изменения скорости напряжения мало, абсолютное значение изменения скорости тока индукционного двигателя еще большое и катушка 231 остается во включенном положении. С течением время абсолютное значение изменения скорости тока индукционного двигателя уменьшается, что выключает катушку 231 и возвращает контакты 232-234 в исходное положение. Тогда высокий потенциал о выхода логического блока И 235 через контакт 232 поступает на катушку 238, включает ее, что открывает контакт 239 и закрывает контакты 240 и 241.
Выход 260 источника управляющего напряжения 259 отсоединен от линии 262 из-за того, что контакт 239 открыт. Он присоединен через контакты 240, 244 и 250 к линии 263, которая присоединена к катушкам 209 и 211,. Катушка 238 из-за того, что контакт 241 закрыт, присоединена к линии 272. В результате контакторы 204 и 205 отпущены, контактор 201 закрыт и контактор 203 закрыт.
Второй энергетический уровень включен, и рассмотренная последовательность действий повторяется для второго энергетического уровня. В этой последовательности действий высокий потенциал с выхода логического блока И 236 через контакт 233 поступает на катушку 242, включает ее, открывает контакт 244, 245 и закрывает контакты 246 и 247.
В результате включен третий энергетический уровень, и рассмотренная последовательность действий повторяется для третьего энергетического уровня. В этой последовательности действий высокий потенциал с выхода логического блока И 237 через контакт 234 поступает на катушку 248, включает ее, открывает контакт 251, 252 и закрывает контакты 255 и 256.
Четвертый энергетический уровень включен. Управление запуском завершено. После переходного процесса четвертого энергетического уровня индукционный двигатель вращается в номинальном режиме.
На Фиг.4 с представлена предпочтительная реализация устройства управления 319, в соответствии с изобретением многоуровневового стартера типа звезда-треугольник, которая по сравнению с Фиг.4b имеет возможность не только запуска, но и плавной остановки индукционного двигателя. Числами до числа 275 обозначены те же компоненты, что и на Фиг.4b.
Устройство управления 319 дополнительно включает кнопку МЕДЛЕННЫЙ СТОП 276, блокирующее реле МЕДЛЕННЫЙ СТОП с катушкой 278 и открытым контактом 277, с параллельным кнопке 276, первое реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП с катушкой 279, закрытыми контактами 280-283 и открытыми контактами 284-287, второе реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП с катушкой 288, закрытыми контактами 289-292 и открытыми контактами 293-295, финиш реле МЕДЛЕННЫЙ СТОП с катушкой 296 и закрытым контактом 297 и реле уровня первого энергетического уровня с катушкой 298 и закрытыми 299-302, 305 и открытыми 303, 304 контактами. В реле уровня второго, третьего и четвертого энергетического уровня добавлены закрытый и открытый контакты. Катушка 231 присоединена к закрытому контакту 305((6)), катушка 242 присоединена к закрытому контакту 306((7)), катушка 231 второго нуль-реле присоединена к закрытому контакту 307((8)).
Для плавной остановки индукционного двигателя необходимо пошагово уменьшать энергетический уровень, когда скорость изменения эффективного тока уменьшается и близка нулю.
Когда нажимают кнопку 276 МЕДЛЕННЫЙ СТОП,, потенциал управляющего напряжения с выхода 260 источника напряжения 259, поданный через последовательно соединенные кнопку 258 и контакты 297 и 275, на линию 272, подают через кнопку 276, на катушки 279 и 288 реле управления МЕДЛЕННЫЙ СТОП. В результате контакты 280-287 и 289-295 меняют свое состояние. Одновременно потенциал управляющего напряжения с выхода 260 источника напряжения 259 подается на катушку 278, которая закрывает контакт 277, заменяющий кнопку 276 МЕДЛЕННЫЙ СТОП, когда она будет отпущена.
До момента нажатия на кнопку 276 МЕДЛЕННЫЙ СТОП катушка 248 включена, контакт 255 закрыт, линия 265 присоединена к выходу 260 источника управляющего напряжения 259 и контакторы 202 и 203 замкнуты.
После момента нажатия на кнопку 276 МЕДЛЕННЫЙ СТОП контакт 292 открыт, катушка 248 отключена и контакты 255, 256 открыты. Выход 260 источника управляющего напряжения 259 разъединен с линией управления 265 и катушкой 248.
Выход 260 источника управляющего напряжения 259 через закрытый контакт 287 и закрытый контакт 306 присоединен к катушке 242 и включает ((ее))ее. Контакт 247 закрыт и выходные 260 источника управляющего напряжения 259 через контакт 295, 305 и 247 присоединены к катушке 242. Когда катушка 242 включена, контакт 306, присоединенный к катушке 242, открыт. Таким образом, выход 260 источника управляющего напряжения 259 присоединен к катушке 242 только через контакты 295, 305 и 247.
Когда катушка 242 включена, контакт 246 закрыт и линия 264 присоединена к выходу 260 источника управляющего напряжения 259. Контакторы 202, 204 и 205 замкнуты.
Когда катушка 242 включена, контакт 246 закрыт и линия 264 присоединена к выходу 260 источника управляющего напряжения 259. Контакторы 202, 204 и 205 замкнуты.
Четвертый энергетического уровня изменен на третий энергетического уровня.
Первый шаг плавной остановки начат. Когда замкнуты контакторы 202, 204 и 205, также замкнуты сигнальные контакты 215, 217 и 218. Потенциал выхода 260 источника управляющего напряжения 259 посредством линий 267, 269 и 270 поступает на логичский блок И 237.
Эффективное напряжение, измеряемое посредством датчика 220, после дифференцирования в дифференциаторе 222 и сравнения с заданным значением скорости изменения напряжения в устройстве сравнения 224 образует на выходе устройства сравнения 224 напряжение, которое включает катушку 228 нуль-реле скорости изменения напряжение. В результате большой скорости изменения напряжение контакт 229 открыт и контакт 230 закрыт. Управляющее напряжение по линии 272 и контакт 230 поступает к катушке 231 нуль-реле скорости изменения тока и включает его. Контакты 232-234, 301 и 307 открыты и логические блоки И 235-237 и катушки 238, 242 и 248, 298, 296 разъединены. При открытом контакте 233 выход 260 источника управляющего напряжения 259 присоединен к катушке 242 только через контакты 295, 305 и 247.
Через некоторое время напряжение третьего энергетического уровня почти достигнет минимальной величины. Скорость изменения напряжение почти равна нулю. Выходной потенциал устройства сравнения 224 низок. Катушка 228 отключается и контакты 229 и 230 возвращаются в исходное положение. Посредством этого действия управление катушкой 231 передается выходу устройство сравнения 226. Когда абсолютное значение изменения скорости напряжения мало, абсолютное значение изменения скорости тока индукционного двигателя еще большое и катушка 231 остается во включенном положении. С течением время абсолютное значение изменения скорости тока индукционного двигателя уменьшается, что выключает катушку 231 и возвращает контакты 232-234, 298, 296 в исходное положение. Тогда высокий потенциал о выхода логического блока И 237 через контакты 286 и 232 поступает на катушку 238, включает ее, что открывает контакт 239 и закрывает контакты 240 и 241, открывает контакт 305, рассоединяя выход 260 источника управляющего напряжения 259 от катушки 242, и открывает контакт 246, рассоединяя выход 260 источника управляющего напряжения 259 от линии 264. Выход 260 источника управляющего напряжения 259 через линии 272, закрытые контакты 294, 302 и 241 присоединены к катушке 238.
Когда катушка 238 включена, контакт 240, 244 250 закрыт и линия 263 присоединена к выходу 260 источника управляющего напряжения 259. Контакторы 201 и 203 замкнуты.
Второй шаг плавной остановки начат: третий энергетический уровень изменен на второй энергетический уровень и предыдущие действия для изменения энергетического уровня повторяются. При этом, высокий потенциал о выхода логического блока И 235 через контакты 284 и 307 поступает па катушку 296, включает ее, открывает контакт 297, рассоединят выход 260 источника управляющего напряжения 259 от компонент устройства управления 219. Все контакторы открыты. Управление плавной остановкой индукционного двигателя завершено.
Необходимо подчеркнуть, что добавление катушки управление 298 и открытого контакта 303 для выполнения плавной остановки приводит к некоторым изменениям в выполнении запуска. После нажатия па кнопку СТАРТ 257 выход 260 источника управляющего напряжения 259 через закрытый контакт 280 и закрытый контакт 299 присоединяют к катушке 298 и включают ее. Контакт 303 закрыт.Он присоединяет выход 260 источника управляющего напряжения 259 к линии 262 первого энергетического уровня.
Когда первый энергетический уровень изменяют на второй энергетический уровень, катушку 238 включают и открывают контакт 300. Катушку 298 выключают и линия 262 первого энергетического уровня отсоединяют от выхода 260 источника управляющего напряжения 259.
Предпочтительная реализация, представленая схема на Фиг.5, многоуровневового стартера типа звезда-треугольник для запуска и остановки индукционного двигателя позволяет получить пять основных энергетических уровней. Это достигается тем, что в схему. Фиг.1, добавлен трехфазный контактор 46, который включен между первыми 15a, 15b, 15c и вторыми выходными 15d, 15e, 15f контактами.
Таким образом, увеличение числа шагов и автоматический выбор времени их изменения позволяет изменить качество запуска и остановки многоуровневового стартера типа звезда-треугольник до уровня, сравнимого с качеством запуска и остановки, достигаемым в пускателях плавного пуска. Этот факт позволяет использовать многоуровневый стартер типа звезда-треугольник в качестве стартера плавного пуска типа звезда-треугольник.
Второй шаг плавной остановки начат: третий энергетический уровень изменен на второй энергетический уровень и предыдущие действия для изменения энергетического уровня повторяются. При этом, высокий потенциал о выхода логического блока И 235 через контакты 284 и 307 поступает на катушку 296, включает ее, открывает контакт 297, рассоединят выход 260 источника управляющего напряжения 259 от компонент устройства управления 219. Все контакторы открыты. Управление плавной остановкой индукционного двигателя завершено.
Необходимо подчеркнуть, что добавление катушки управление 298 и открытого контакта 303 для выполнения плавной остановки приводит к некоторым изменениям в выполнении запуска. После нажатия на кнопку СТАРТ 257 выход 260 источника управляющего напряжения 259 через закрытый контакт 280 и закрытый контакт 299 присоединяют к катушке 298 и включают ее. Контакт 303 закрыт. Он присоединяет выход 260 источника управляющего напряжения 259 к линии 262 первого энергетического уровня.
Когда первый энергетический уровень изменяют на второй энергетический уровень, катушку 238 включают и открывают контакт 300. Катушку 298 выключают и линия 262 первого энергетического уровня отсоединяют от выхода 260 источника управляющего напряжения 259.
Предпочтительная реализация, пред ставленая схема на Фиг.5, многоуровневового стартера типа звезда-треугольник для запуска и остановки индукционного двигателя позволяет получить пять основных энергетических уровней. Это достигается тем, что в схему, Фиг.1, добавлен трехфазный контактор 46, который включен между первыми 15a, 15b, 15c и вторыми выходными 15d, 15e, 15f контактами.
Таким образом, увеличение числа шагов и автоматический выбор времени их изменения позволяет изменить качество запуска и остановки многоуровневового стартера типа звезда-треугольник до уровня, сравнимого с качеством запуска и остановки, достигаемым в пускателях плавного пуска. Этот факт позволяет использовать многоуровневый стартер типа звезда-треугольник в качестве стартера плавного пуска типа звезда-треугольник.
Необходимо понимание того, что все эти функции, реализованные как технические устройства, могут быть реализованы посредством программного обеспечения или комбинацией технических устройств и программного обеспечения в устройстве управления, использующим программируемый логический контроллер или электронный контур с микропроцессором.
Необходимо подчеркнуть, что описанные выше реализации настоящего изобретения, в частности предпочтительные реализации, являются возможными примерами, приведенными для ясного понимания принципов изобретения. В выше описанных реализациях возможны многочисленные вариации и модификации, не сопровождающиеся какими-либо отклонениями от духа и принципов изобретения. В частности, это относится к возможности замены контакторов другим типом двухпозиционных "ON-OFF" управляющих ключей.
Различные реализации предмета изобретения, удовлетворяющие диапазону, задаваемому формулой настоящего изобретения, определяющей предмет изобретения, рассматриваются как изобретение.