СПОСОБ ПЛАВНОГО ПУСКА И ОСТАНОВА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ НАСОСА
METHOD OF STARTING AND STOPPING ELECTRIC MOTOR OF PUMP

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для плавного пуска и останова привода насоса. Техническим результатом является повышение долговечности работы насоса за счет уменьшения пускового тока и механических нагрузок до номинальных значений, снижение затрат на создание водопроводной системы, а также повышение ее долговечности за счет исключения гидроудара.
Известно техническое решение, в котором обеспечивается плавное повышение входного напряжения при подключении к источнику питания электроинструментов, осветительных приборов и т.д. (Патент РФ 2149494 от 28.07.1999), где последовательно в цепь прохождения тока управляющего электрода симистора, через который нагрузка подключается к сети, включен резистор. Напряжение с этого резистора подается на вход формирователя сигнала регулирования и плавного запуска, сигналом, с выхода которого регулируется задержка включения симистора относительно момента перехода сетевого напряжения через нуль. Напряжение на вход формирователя сигнала регулирования и плавного запуска поступает в момент подключения нагрузки к выходу регулятора, с этого момента плавно возрастает величина напряжения на его выходе, плавно уменьшается время задержки включения симистора и плавно повышается напряжение, приложенное к нагрузке, причем на вход синхронизации фазосдвигающего блока поступает напряжение, имеющее форму однополярных импульсов с короткими паузами, сформированное из сетевого напряжения синусоидальной формы выпрямительным мостом, в момент перехода сетевого напряжения через нуль на входе синхронизации фазосдвигающего блока напряжение равно нулю, а через промежуток времени, определяемый временем заряда конденсатора от стабилизатора постоянного напряжения по цепи на первом входном выводе логического элемента устанавливается единичный сигнал и максимально возможная постоянная времени цепи заряда выбирается меньшей длительности полупериода сетевого напряжения.
Данное техническое решение позволяет осуществить плавный запуск электродвигателя, но не обеспечивает плавного останова электродвигателя и соответствия нагрузок на насос и водопроводную систему номинальным значениям, что влечет за собой снижение сроков эксплуатации как насоса, так и водопроводной системы.
Известно техническое решение (Патент 2454784 от 11.02.2011), в котором обеспечивается плавное нарастание или снижение частоты вращения якоря электродвигателя при разгоне или торможении, при этом изменение скорости вращения якоря асинхронного двигателя осуществляется за счет изменения частоты и напряжения, питающего обмотки статора пропорционально частоте. Устройство содержит два генератора импульсов, выпрямитель переменного напряжения, компаратор напряжения, интегратор напряжения, широтно-импульсный модулятор и последовательно соединенные двоичный счетчик импульсов, регистр, постоянное запоминающее устройство, формирователь импульсов и коммутатор напряжения, предназначенный для включения в цепь электродвигателя рабочего напряжения, что в ряде случаев нецелесообразно и экономически не обоснованно.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является техническое решение, которое изложено в статье В. Келехсашвили «Устройство плавного пуска электроинструмента» стр. 40, журнал Радио, 08.2011. В этом устройстве, содержащем источник питания, генератор линейного нарастающего напряжения, компаратор, симистор с электронным ключом на транзисторе, конденсатор с узлом разрядки и интегратор, который суммирует результат интегрирования с входным напряжением, в момент, когда напряжение на конденсаторе становится больше порогового, на входе компаратора появляется сигнал, открывающий симистор, а по окончании зарядки конденсатора симистор остается открытым до конца текущего полупериода сетевого напряжения. По мере нарастания напряжения на входе интегратора время, за которое конденсатор заряжается до порогового напряжения, уменьшается, это приводит к уменьшению задержки открывания симистора и к увеличению мощности передаваемой нагрузке. Данное техническое решение позволяет плавно повышать напряжение на нагрузке и тем самым снижать пусковые токи и моменты на электроинструменте, но не обеспечивает величину нагрузок на электроинструмент, равноценную номинальному значению, не предусматривает плавный останов. Следует отметить, что для получения линейного нарастающего напряжения данным решением предусматривается наличие генератора, что усложняет это решение.
Задачей предлагаемого технического решения является достижение простого, надежного и экономически малозатратного способа плавного пуска и останова однофазного двигателя насоса, при котором как электрические, так и механические нагрузки на двигатель не превышают значений, возникающих при номинальной нагрузке, этим обеспечивается также защита водопроводной системы от гидроударов и повышается общий срок службы насоса и водопроводной системы. Предлагаемым решением предусматривается не просто плавный пуск двигателя насоса, а сразу, в первоначальный момент, подача напряжения, необходимого для трогания двигателя, и уже затем плавного разгона без толчков до номинальных оборотов. Таким образом, исключается подогрев обмоток двигателя при плавном повышении напряжения до момента запуска двигателя и исключаются толчки при разгоне, имеющиеся в известных решениях. Предлагаемое решение качественно меняет принципы проектирования водопроводных систем, так как снимает ограничение на количество пусков насоса в час, что позволяет использовать в водопроводной системе меньшую емкость гидроаккумулятора и использовать меньший по производительности насос, это значительно снижает затраты на создание водопроводной системы в целом.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в регуляторе плавного пуска, содержащем последовательную цепь из симистора и нагрузки, подключенную к выводам для подключения сети, формирователь сигнала регулирования и плавного запуска и останова, обеспечивающий плавное повышение и понижение напряжения на его выходе после подачи и снятия управляющего напряжения на его вход, состоящего из RC-цепочки, компаратора с усилителем, источника напряжения с формой однополярных импульсов, сформированных из сетевого напряжения синусоидальной формы выпрямительным мостом и гальваническую развязку на оптосимисторе, согласно изобретению RC цепочку выполняют с постоянной времени 3,2 с, а сигнал от сетевого напряжения формируют с задержкой включения на 7,2 мс от двухполупериодного выпрямителя обратной полярности с каждого последующего участка характеристики напряжения, совпадающего по абсолютной величине с напряжением заряда и разряда RC-цепочки.
На чертеже приведены совмещенные по времени эпюры напряжения управляющих сигналов и нагрузки, поясняющие осуществление способа плавного пуска электродвигателя насоса. На эпюре 1 показан график напряжения, полученного от двухполупериодного выпрямления сетевого напряжения обратной полярности и задержки 7,2 мс, где напряжение Uv имеет значение, совпадающее по абсолютному значению с напряжением на конденсаторе Uc, показанному на эпюре 2. Управляющий сигнал Ui для включения симистора формируется от совпадающих по абсолютной величине напряжений двухполупериодного выпрямителя обратной полярности и напряжения на конденсаторе с задержкой 7,2 мс. Сформированный сигнал Ui на включение симистора представлен на эпюре 3, а напряжение на нагрузке Uн представлено на эпюре 4, осуществляющего запуск двигателя и плавный пуск насоса с номинальной нагрузкой на все системы водоподъема.
Осуществление предложенного способа плавного пуска и останова электродвигателя насоса возможно с помощью имеющихся в широком доступе компонентов электроники и не представляет собой никаких затруднений в производстве. Опытные образцы, использующие предложенный способ, прошли различные длительные испытания с насосами мощностью от 0,5 до 2,2 кВт и показали во всех случаях возможность плавного пуска, без толчков и останова однофазного двигателя насоса.