ПУСКОРЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в электроприводах переменного тока на основе асинхронного электродвигателя с фазным ротором, в основном для крановых механизмов подъема и перемещения, требующих пониженных скоростей выбора слабины канатов, посадочных скоростей и для точной остановки, а также работу на максимально возможных скоростях.
Известны устройства, которые обеспечивают регулирование скорости или выход на естественную механическую характеристику электродвигателя, обеспечивающую максимально возможную скорость двигателя. Устройства используют индуктивные резисторы (импедансы), которые еще называют дросселями, а электроприводы с их использованием - дроссельными асинхронными электроприводами.
Известное пускорегулирующее устройство (статья "Электротехнические системы и комплексы". Межвузовский сборник научных трудов. Выпуск 12. Магнитогорск 2006. Борисов А.М., Драчев Г.И., Лях Н.Е., Нестеров А.С., Шишков А.Н.) содержит индукционные резисторы в каждой фазе ротора, тиристоры, замыкающие в треугольник выходы индукционных резисторов, подключенных к кольцам ротора, трансформаторы, первичные обмотки которых также подключены к кольцам ротора, блок формирования обратной связи, блоки выделения положительных полуволн напряжения на кольцах ротора, блоки формирования пилообразного напряжения, сумматоры и блоки суммирования и управления тиристорами, блок задания напряжения управления скоростью.
Устройство, принятое за прототип, (патент на полезную модель RU 55229 u1, МПК Н025 5/00, МПК Н02Р 7/00, опубликован 27.07.2006 бюл. №21) содержит индукционные резисторы в каждой фазе ротора, тиристоры,
замыкающие в треугольник кольца ротора в конце пуска электродвигателя, узел формирования напряжения обратной связи, вход которого подключен к напряжению на кольцах ротора непосредственно или через трансформаторы, блок разрешения работы, формирователи пилообразных напряжений для каждой фазы отдельно, узлы выделения положительных полуволн напряжений между кольцами ротора, источник питания, подключаемый к статорным цепям электродвигателя или независимому источнику, блок интегрирования, блок формирования управляющих импульсов на тиристоры, блок задания напряжений.
Анализ описаний представленных устройств показывает, что они имеют большое количество блоков и узлов с одинаковыми функциональными назначениями и сложную настройку.
Конструктивно тиристоры можно выделить в силовой блок, а всю управляющую часть расположить на панели управления (ПУ).
В основу заявляемого решения положена техническая задача создания универсального устройства, которое, используя однотипные блоки и узлы, путем несложных переключений можно использовать как устройство пуска электродвигателя с выходом на естественную механическую характеристику или как устройство регулирования скорости электродвигателя.
Указанная техническая задача решается тем, что пускорегулирующее устройство асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержащее индукционные резисторы в каждой фазе ротора, тиристоры, соединенные в треугольник, трансформаторы, первичная обмотка каждого из которых подключены к кольцам ротора, а вторичные подключены к входу блока формирования обратной связи и к блокам выделения положительных полуволн напряжения, выход каждого из которых подключен ко вторым входам каждого блока формирования пилообразного напряжения, выходы блока формирования пилообразного напряжения подключены к первым входам блока управления тиристорами, выходы которых подключены непосредственно к управляющим электродам тиристоров соответствующих фаз, соединенных в треугольник
и подключенных непосредственно к кольцам ротора асинхронного электродвигателя, выход блока формирования обратной связи подключен к первому входу блока разрешения, к первому входу блока формирования пилообразного напряжения каждой фазы, источник питания, вход которого подключен к статорным цепям электродвигателя, а выход - к блоку задания напряжения, формирующий фиксированные напряжения на третий вход блока разрешения работы, выход которого подключен к третьим входам каждого блока формирования пилообразных напряжений и первому входу блока интегрирования, первый вход которого подключен к блоку разрешения и к третьим входам блока формирования пилообразных напряжений, выход блока интегрирования подключен ко вторым входам каждого блока управления тиристорами, второй выход блока задания напряжений подключен к четвертым входам блока формирования пилообразных напряжений, третий выход блока задания напряжений подключен ко второму входу блока интегрирования, первый выход блока командоаппарата подключен к третьим входам каждого блока управления тиристорами, второй выход блока командоаппарата подключен ко второму входу блока разрешения, согласно предложению пускорегулирующее устройство снабжено коммутатором, вход которого через перемычку подключен к блоку задания напряжения, а выходным элементом которого являются контакторы, и сумматорами, у которых в каждой фазе первые входы подключены через контакт коммутатора к выходу блока формирования обратной связи, а вторые входы - к каждому блоку формирования пилообразных напряжений, выходы сумматора подключены к первым входам каждого блока управления тиристорами.
Кроме того, устройство может содержать в выше описанной схеме блоки выделения положительной полуволны и блоки формирования пилообразного напряжения, сумматоры, блок разрешения, блок интегрирования и коммутатор совместно с контакторами образуют блок выделения импульса, который выполнен в виде программируемого контроллера с сохранением функций всех перечисленных блоков.
Сущность полезной модели поясняется следующими рисунками.
На фиг.1 - дана функциональная схема пускорегулирующего устройства, выполняющая функции двух устройств, одно из которых обеспечивает регулирование скорости электродвигателя, а другое - выход электродвигателя на естественную механическую характеристику.
На фиг.2 - функциональная схема подключения устройства для пуска электродвигателя с выходом на естественную механическую характеристику.
На фиг.3 - функциональная схема подключения устройства для регулирования скорости электродвигателя.
На фиг.4 - график механических характеристик, при этом характеристика 1 - естественная механическая характеристика, 2 - характеристика с индукционными пусковыми резисторами в роторной цепи, 3 - показывает переход с характеристики с индукционными резисторами на естественную характеристику.
На фиг.5 - график механических характеристик, при этом характеристика 1 соответствует схеме с индукционными резисторами, соединенными накоротко в звезду, характеристика 2 соответствует пониженной скорости в двигательном режиме, характеристика 3 соответствует пониженной скорости в режиме торможения противовключением.
На фиг.6 - функциональная схема пускорегулирующего устройства, реализованного на программируемом контроллере ПК.
Пускорегулирующее устройство (фиг.1) включает в себя асинхронный электродвигатель (M1) 1 с фазным ротором, блок индукционных резисторов (ИР) 2, блок силовых тиристоров для выхода электродвигателя на естественную характеристику (БС ВЕХ) 3, блок силовых тиристоров для регулирования скорости электродвигателя (БС PC) 4, панель управления выходом на естественную характеристику (ПУ ВЕХ) 5, панель управления регулированием скорости (ПУ PC) 6.
Блоки силовых тиристоров 3 и 4 имеют одинаковое схемное исполнение, но могут отличаться тиристорами, так как при работе на естественной характеристике токи ротора меньше, чем при регулировании скорости.
Панели управления 5 и 6 абсолютно одинаковые, но при включении перемычки 7 происходят переключения в схеме панели, обеспечивающие работу панели в режиме выхода на естественную характеристику, при отключенной перемычке - в режиме регулирования скорости. Поэтому на фиг.1 изображен и далее описан состав лишь панели управления 5.
max
На панели управления 5 размещаются трансформаторы 8, каждый с двумя вторичными обмотками. Первичные обмотки трансформаторов подключены к кольцам ротора электродвигателя. Первые вторичные обмотки трансформаторов подключены к выходам блока обратной связи (БФОС) 9, а вторые вторичные обмотки трансформаторов - к входам блоков выделения положительной полуволны напряжения трансформаторов (БВПН) 10. Выход блока 9 подключен к первому входу блока разрешения работы выхода на естественную характеристику (БР) 11, к первым входам блоков формирователей пилообразных напряжений (БФПН) 12 и через размыкающий контакт 13.3 коммутатора (К) 13 - к входам сумматоров (∑) 14 каждой фазы отдельно. Выходы сумматоров 14 подключены к первым входам блоков управления тиристорами (БУТ) 15, которые подают отпирающие импульсы на электроды управления тиристорами силового блока 3. Выходы блоков выделения положительных полуволн 10 подключены ко вторым входам блоков 12. Источник питания (ИП) 16 панели управления подключен к статорным цепям электродвигателя 1 или к независимому источнику. Выход источника питания подключен к блоку задания напряжения (БЗН) 17, имеющему 4 выхода. Напряжение первого выхода подключено к входу блока разрешения 11. В блоке разрешения рассматриваемое напряжение сравнивается с напряжением выхода блока 9 и, если напряжение с блока 9 меньше напряжения с блока 17 и есть команда разгона до скорости максимальной V, поступающая с командоаппарата (КА) 18, то на выходе блока разрешения 11 появляется сигнал
зс
разрешения. Этот сигнал разрешения приходит на блок интегрирования (БИ) 18 и через контакт 13.2 коммутатора (К) 13 - на третий вход блоков 12. Блок интегрирования 19, получив сигнал разрешения, интегрирует напряжение с третьего выхода блока задания напряжения 17 и через контакт 13.4 коммутатора 13 выход блока интегрирования подается на вторые входы блоков управления тиристоров 15. Второй выход блока задания напряжения 17 через контакт 13.1 коммутатора 13 подключается к четвертым входам блоков формирования пилообразного напряжения 12. Четвертый выход блока задания напряжения 17 через перемычку 7 включен на вход коммутатора 13. Напряжение задания скорости вращения электродвигателя U от командоаппарата 18 через контакт 13.5 коммутатора 13 поступает на третьи входы блоков управления тиристоров 15. Описанная выше функциональная схема реализована на программируемом контроллере (ПК), функциональная схема которого показана на фиг.6.
max
зс
зсм
зсм
зсм
max
На фиг.1 показано использование устройства в двух функциональных возможностях, управление осуществляется от одного командоаппарата 18. Командоаппарат для управления роторной цепью выдает два сигнала: команду выхода на естественную характеристику V при крайних положениях рукоятки командоаппарата и напряжение задания скорости электродвигателя U, изменяющееся от положения рукоятки командоаппарата от 0 до максимального значения U. Значение U имеет место при крайних положениях командоаппарата. При U тиристоры силового блока регулирования скорости 4 открыты и соединяются в звезду нижние концы индукционных резисторов. При этом имеет место сигнал V и обеспечивается выход на естественную характеристику панелью 5 и силовым блоком 3.
Устройство используется только для выхода на естественную характеристику (фиг.2) или только для регулирования скорости (фиг.3). Представленные на фиг.2 и фиг.3 схемы отличаются включением силовых блоков, наличием перемычки на панели управления и подключением командоаппарата
к панели управления. На фиг.2 и фиг.3 сохранены позиционные обозначения составляющих, принятые на фиг.1.
cт
стд
пер
сте
На фиг.4 показано, что без устройства выхода на естественную характеристику при моменте статическом М в установившемся режиме работы электродвигатель работает со скоростью ω. При включении устройства она вступает в работу при скорости перехода ω, задаваемой напряжением со второго выхода блока задания напряжения на четвертые входы блоков формирования пилообразных напряжений, и по характеристике 3 обеспечивается переход на естественную механическую характеристику 1, и в установившемся режиме будет работать со скоростью ω.
зсм
На фиг.5 представлены механические характеристики электропривода, когда устройство играет роль регулятора скорости, т.е. перемычка «Выход на естественную характеристику - Регулятор скорости» отключена. Характеристика 1 соответствует случаю полностью открытых тиристоров (фиг.3), т.е. при замкнутой звезде тиристоров, что имеет место только при U. Характеристика 2 соответствует работе электропривода на пониженной скорости в двигательном режиме, а характеристика 3 - работе двигателя в режиме торможения противовключением.
Принципы формирования управляющих импульсов на тиристоры при выполнении предлагаемым устройством функции выхода на естественную механическую характеристику и функции регулирования скорости остаются такими же, как у известных устройств. Особенностью предлагаемого устройства является то, что большинство блоков взятых за основу совпадают с прототипом и дополнительно вводится коммутирующее устройство, которое включается/отключается перемычкой «Выход на естественную характеристику - Регулятор скорости», при включенной перемычке блоки соединяются для выполнения функций выхода на естественную характеристику, а при отключенной - для выполнения функций регулирования скорости.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает:
- две совершенно разные функции, что расширяет область применения устройства;
- на складе для резервирования оборудования потребуется содержать меньше устройств, благодаря их большим функциональным возможностям;
- обслуживающему персоналу потребуется изучать одно устройство вместо двух.
- приводит к сокращению номенклатуры оборудования необходимого для реализации электроприводов на базе асинхронных электродвигателей и индукционных резисторов и сокращению количества резервируемого оборудования для ремонтных работ.
Предлагаемое универсальное пускорегулирующее устройство успешно испытано в лаборатории на асинхронном электродвигателе мощностью 3,5 кВт.
Полезная модель предназначена для использования в электроприводах переменного тока на базе асинхронного электродвигателя с фазным ротором и индукционных резисторов в каждой фазе ротора крановых механизмов подъема и передвижения, буровых установок и других промышленных механизмов.