УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к устройствам для пуска электродвигателя и может быть использована в области энергетики и других отраслях промышленности для организации постов управления запорной арматурой, регулирующей арматурой, насосами и иными исполнительными механизмами автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).
Известно пусковое устройство электродвигателей, содержащее корпус с магнитным пускателем, клеммными зажимами и кабельными вводами (см. Плетнев Г.П. Автоматическое регулирование и защита теплоэнергетических установок электрических станций. - М.: Энергия, 1970, с 184-185)
Указанное пусковое устройство имеет ограниченные функциональные возможности и не обеспечивает диагностирования, контроля, защиты и блокировки включения электродвигателя. Корпус устройства не предназначен для его работы в неблагоприятных условиях.
Известен электрический аппарат, применяемый для пуска электродвигателя (см. патент РФ №2028019, кл. Н01Н 9/04, опубл. 27.01.1995 г.). В корпусе устройства установлены магнитный пускатель, источник питания и клеммные зажимы. На нижней стенке корпуса расположены кабельные вводы для подключения напряжения питания, механизма управления и силовой нагрузки Корпус снабжен крышкой и выполнен во взрывозащищенном варианте. Устройство содержит схемы защит, управления и сигнализации на релейных элементах.
Однако указанное устройство также ограничено в функциональных возможностях и не обеспечивает защиты электродвигателя мощностью ниже 1 кВт, не обладает диагностикой состояния объекта и не способно обеспечить изменения частоты вращения двигателя по заданной программе.
Настоящей полезной моделью решается задача расширения функциональных возможностей управления электродвигателем. При этом устройство может работать в неблагоприятных условиях и его устанавливают на оптимально близком расстоянии от двигателя, что обеспечивает экономию кабеля управления, защиту двигателя, независимо от сопротивления питающего кабеля и внутреннего сопротивления автоматического выключателя, защищающего кабель.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для пуска электродвигателя содержит корпус с установленными в нем клеммными зажимами, средствами блокировки и защиты, герметичными кабельными вводами электропитания, системы управления, силовой нагрузки и цифровой связи, пускателем, установленным на разъеме и содержащим силовой модуль на базе IGBT - транзисторов, подключенный через соответствующие клеммные зажимы к кабельному вводу силовой нагрузки, процессор управления частотой переменного тока силового модуля, соединенный с датчиками состояния электропривода, оперативное запоминающее устройство и процессор диагностики, управления и связи, подключенный через разъем и соответствующие клеммные зажимы к кабельным вводам системы управления и цифровой связи. Кабельный ввод цифровой связи соединен по каналу цифровой связи с цифровой шиной системы управления. В корпусе также установлен импульсный источник питания с выходами напряжения 220 В и 24 В, соединенный с кабельным вводом электропитания и снабженный выпрямителем. При этом корпус снабжен запирающейся дверью с кнопками управления и световой сигнализации состояния электродвигателя и вертикальной разделительной пластиной для защиты пускателя и импульсного источника питания, снабженной коммутирующими элементами для отключения или подключения электропитания и блокирования кнопок управления на двери.
Силовой модуль подключен к выходу напряжения 220 В импульсного источника питания, а процессор управления частотой переменного тока силового модуля, оперативное запоминающее устройство и процессор диагностики, управления и связи - к выходу напряжения 24 В.
Процессор диагностики, управления и связи соединен с кнопками управления и сигнализации состояния электродвигателя.
Средства блокировки и защиты выполнены в виде программного продукта, заложенного в процессор управления частотой переменного тока силового модуля.
Кабельные вводы системы управления подключены по каналам аналоговых и дискретных сигналов связи к системе управления.
Известно использование силового модуля на базе IGBT - транзисторов под управлением аналого-цифрового контролера в конструкции электропривода трубопроводной арматуры для нефтепроводов, газопроводов химических и других производств (см. патент РФ №42616, кл. F16K 31/05, опубл. 10.12 2004 г.). Блок электронного управления реализует векторное управление асинхронным электродвигателем и обеспечивает регулирование момента, скорости и положения заслонки привода.
Однако в результате размещения силового и электронного блоков на корпусе привода не обеспечивается надежная работа привода в неблагоприятных условиях, например высокой вибрации и повышенной температуры среды в трубопроводе в случае с тепловыми электростанциями. При этом устройство предназначено только для управления асинхронными электродвигателями со специальными характеристиками.
Предложенное устройство с силовым модулем на IGBT - транзисторах предназначено для его установки на оптимально близком расстоянии от электродвигателя и лишено указанных недостатков.
На фиг.1 показано устройство для пуска электродвигателя с закрытой дверью, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид А; на фиг.3 - то же, вид Б; на фиг.4 показано устройство с открытой дверью; на фиг.3 - устройство без разделительной вертикальной пластины. На фиг.6 представлена структурная схема устройства.
Устройство для пуска электродвигателя содержит металлический корпус 1 требуемого климатического исполнения с установленными в нем пускателем 2, клеммными зажимами 3 силовой нагрузки, клеммными зажимами 6 системы управления 7 и клеммными зажимами цифровой связи 8, герметичными кабельными вводами электропитания 9, вводами 10 системы управления 7, вводами цифровой связи 11 и вводами силовой нагрузки 12. Пускатель 2 установлен на разъеме 13 и содержит силовой модуль 14 на базе IGBT - транзисторов, подключенный выходом через клеммные зажимы 3 к кабельному вводу 12 силовой нагрузки. Процессор 15 управления частотой переменного тока силового модуля, соединен входом с датчиками 16 состояния электропривода. Пускатель 2 содержит также оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 17 и процессор 18 диагностики, управления и связи, подключенный через разъем 13 и клеммные зажимы 6 и 8 к кабельным вводам 10 системы управления 7 и вводам цифровой связи 11 соответственно. Кабельный ввод цифровой связи 11 соединен по каналу цифровой связи 19 с цифровой шиной системы управления 7. В корпусе 1 размещен также импульсный источник питания 20 с выходами напряжения 220 В и 24 В, соединенный с кабельным вводом электропитания 9 и снабженный выпрямителем 21. Корпус 1 снабжен запирающейся дверью 22 с кнопками оперативного управления 23 и с кнопками световой сигнализации 24 состояния электродвигателя. Пускатель 2 и импульсный источник питания 20 защищены вертикальной разделительной пластиной 25, снабженной коммутирующими элементами 26 для отключения или подключения электропитания и блокировки кнопок управления на двери. Силовой модуль 14 подключен к выходу напряжения 220 В импульсного источника питания 20. Процессор 15 управления частотой переменного тока силового модуля, (ОЗУ) 17 и процессор 18 диагностики, управления и связи подключены к выходу напряжения 24 В импульсного источника напряжения 20. Процессор 18 диагностики, управления и связи соединен с кнопками управления 23 и с кнопками световой сигнализации 24 состояния электродвигателя. Средства блокировки и защиты выполнены в виде программного продукта, заложенного в процессор 15 управления частотой переменного тока силового модуля. Кабельные вводы 10 системы управления подключены по каналу 27 аналоговых сигналов связи и по каналу 28 дискретных сигналов связи к системе управления 7. Все кабельные вводы выполнены герметичными на основе сальниковых уплотнений. Кабельный ввод 12 силовой нагрузки установлен на боковой поверхности корпуса 1, а кабельные вводы 9, 10 и 11 электропитания, системы управления и цифровой связи соответственно расположены на нижней стенке корпуса 1. Система управления 7 представляет собой программно-технический комплекс (ПТК). Устройство для пуска электродвигателя крепится к стене или к полу посредством стойки в виде трубы, при этом полость трубы применяют для прокладки кабелей.
Устройство работает следующим образом. Питание осуществляется от сети 0,4 кВ одной или тремя фазами, для двигателей электроприводов, управление которыми должно выполняться при потере электропитания собственных нужд станции, дополнительно выполняется питание от щита постоянного тока напряжением 220 В.
При подаче электропитания через кабельный ввод 9 переменное сетевое напряжение с помощью выпрямителя 21 импульсного источника питания 20 преобразуется в постоянное. Импульсный источник питания 20 формирует силовое питание с напряжениями =220 В и питание электронных схем =24 В. Для обеспечения электробезопасности при проверках, наладках и ремонтах механической части привода электропитание подают через коммутирующие элементы 26.
Силовой модуль 14 питается напряжением =220 В и работает под управлением процессора 15, который формирует синусоидальное напряжение требуемой заданием частоты, чередование фаз, плавный пуск и динамическое торможение двигателя. Благодаря наличию контроля силового тока обеспечивается уплотнение закрытого положения арматуры, диагностика механической части привода и арматуры, а также формируются команды отключения при недопустимо высоких токах силового питания.
Процессор 15 управления частотой переменного тока силового модуля получает информацию от привода, в который встроены датчики 16 состояния электропривода, содержащие потенциометр положения привода, муфты предельных крутящих моментов привода и термопозистора для контроля повышения температуры обмотки электродвигателя. Предусматривается, при необходимости, использование контактов концевых выключателей привода и электрический контакт положения ручного дублера.
Программу управления приводом размещают в энергонезависимом ОЗУ 17. Программа содержит зависимость скорости вращения привода от положения арматуры, значения предельных токов, пусковых токов и другую информацию. В ОЗУ записывается вся история привода с привязкой событий к единой системе времени, формируемой системой управления 7 (ПТК). Программирование параметров привода можно производить с переносного пульта через интерфейс RS485 цифровой связи или от системы управления 7 через канал 19 цифровой связи.
Команды от системы управления 7 цифровые, аналоговые и дискретные и дистанционного управления через кабельные вводы 11 и 10 соответствующие клеммные зажимы и разъем поступают в процессор 18 диагностики, управления и связи и обрабатываются в нем.
Команды от местного управления также обрабатываются в процессором 18.
Наличие процессоров и ОЗУ позволяет вводить дополнительную информацию от объекта управления для организации регулирования или блокировки, для чего предусмотрены дополнительные входы для обработки унифицированных аналоговых сигналов и дискретных сигналов в виде сухих контактов.
В одном корпусе возможно размещение нескольких устройств для пуска. Корпус может быть выполнен в общепромышленном или взрывозащитном исполнении.
Таким образом, устройство для пуска электродвигателя с блоком электронного управления, размещенного совместно с коммутационными элементами в защищенном корпусе, позволяет обеспечить надежное управление электродвигателем с повышенной точностью регулирования и расширенными функциональными возможностями при его расположении на оптимально близком расстоянии от электродвигателя и работе в неблагоприятных условиях.