УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПУСКА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1996 года по МПК H02P1/32 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления трехфазными асинхронными электродвигателями, нагрузка которых изменяется в широких пределах.

Известно устройство для управления асинхронным электродвигателем, содержащее коммутаторы включения статарной обмотки звездой и треугольником, датчик контролируемого параметра, датчик напряжения питающей сети, нелинейный функциональный преобразователь, элемент сравнения, пороговый элемент, три элемента ИЛИ, три элемента И, два элемента И-НЕ, два элемента "Запрет", три элемента задержки, одновибратор, блок выбора режима работы (а.с. СССР N 1099367, МКИ Н О2 Р 1/32, 1984). Недостатком известного устройства является ограничение функциональных возможностей, сложность схемы построения.

Известно устройство для переключения фаз статарной обмотки асинхронного электродвигателя со схемы "треугольник" на схему "звезда", содержащее измеритель активной мощности, интегратор, сумматор, два пороговых элемента, одновибратор, элемент ИЛИ-НЕ, триггер, управляемый переключатель (а.с. СССР N 1422345, МКИ Н О2 Р 1/32, 1988).

Недостатком известного устройства является невысокая надежность, обусловленная переключениями в схеме при кратковременных набросах мощности, пуском электродвигателя по схеме "треугольник", что вызывает большие пусковые токи и электродинамические усилия. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в уменьшении пусковых токов и электродинамических усилий, возникающих при пуске асинхронных электродвигателей, и повышении надежности.

Поставленная задача решается тем, что известное устройство для пуска асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор включения статарной обмотки электродвигателя "звездой" и "треугольником", датчик контролируемого параметра, триггер, один выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, одновибратор, согласно изобретению, дополнительно снабжено вторым одновибратором, формирователем импульсов, генератором импульсов, делителем частоты, счетчиком, Т-триггером, двумя элементами ИЛИ, двумя блоками задержки, шестью элементами И и блоком формирования пусковых характеристик электродвигателя, выход которого соединен с одним входом первого элемента ИЛИ, а вход с одним выходом второго одновибратора, выход датчика частоты вращения соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом Т-триггера и одним входом первого элемента И, выход делителя частоты соединен о первым входом второго элемента И, а вход с выходом генератора импульсов, один выход Т-триггера соединен с входом "Сброс" счетчика, а другой с вторым входом второго элемента И и с другим входом первого элемента И, выход которого соединен с входом первого одновибратора, выход первого одновибратора соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, выходы счетчика соединены с соответствующими входами третьего, четвертого и пятого элементов И, другой выход второго одновибратора соединен о одними входами четвертого и пятого элементов И и другим входом первого элемента ИЛИ, вход первого блока задержки соединен с выходом третьего элемента И, а выход с входом "сброс" триггера, вход второго блока задержки соединен с выходом четвертого элемента И, а выход о одним входом второго элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом пятого элемента И, вход "установка" триггера соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а другой выход триггера с одним входом шестого элемента И, другой вход шестого элемента И соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выход с другим управляющим входом коммутатора, при этом датчик частоты вращения выполнен импульсным.

Кроме того, во времязадающую цепь первого одновибратора включен терморезистор.

Технический эффект от использования изобретения заключается в повышении надежности электропривода за счет улучшения работы задающего одновибратора, повышении устойчивости работы асинхронного электродвигателя, формирования пусковых характеристик фазоимпульсным модулированием подводимого к асинхронному электродвигателю (АД) напряжения. Кроме того, повышается точность регулирования электропотребления за счет учета изменения сопротивления обмоток АД при изменении температуры, в повышении надежности.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, а на фиг.2 - графики напряжений, поясняющие его работу.

Устройство (фиг.1) содержит полупроводниковые коммутаторы 1 и 2 включения статарной обмотки 3 асинхронного электродвигателя "звездой" и "треугольником". Выход импульсного датчика частоты вращения 4 соединен с входом формирователя импульсов 5, выход которого соединен с входом Х2 первого элемента И 6 и входом Т-триггера 7. Прямой выход Т-триггера 7 соединен с входом "Сброс" счетчика 8, а инверсный выход с входом XI первого элемента И6 и входом Х2 второго элемента И 9. Вход делителя частоты 10 соединен с выходом генератора импульсов 11, а выход с входом XI второго элемента И 9, выход которого соединен со счетным входом счетчика 8. Вход одновибратора 12 соединен с выходом первого элемента И 6, а выход с входом ХЗ второго элемента И 9. Выходы счетчика 8 соединены с соответствующими входами третьего элемента И13, четвертого элемента И14, пятого элемента И15. Прямой выход одновибратора 16 соединен с одними входами четвертого и пятого элементов И14 и N15 и одним входом первого элемента ИЛИ 17, а инверсный выход с входом блока 18 формирователя пусковых характеристик (БФПХ), выход которого соединен с другим входом первого элемента ИЛИ 17. Вход первого блока задержки 19 соединен о выходом третьего элемента И13, а выход с входом "Сброс" триггера 20, прямой выход которого соединен с управляющим входом коммутатора "треугольник". Вход второго блока задержки 21 соединен с выходом четвертого элемента И14, а выход с одним входом второго элемента ИЛИ 22, другой вход которого соединен с выходом пятого элемента И 15. Вход "Установка" триггера 20 соединен с выходом второго элемента ИЛИ 22, а инверсный выход с входом XI шестого элемента И 23. Вход Х2 элемента И 23 соединен с выходом элемента ИЛИ 17, а выход с управляющим входом коммутатора 1 "звезда".

Кроме того, во времязадающую цепь одновибратора 12 включен терморезистор 24.

(Выполнение БФПХ может быть различным, например, по а.с. СССР N 980244, МКИ Н 02 Р 13/16, 1982 г.).

Устройство работает следующим образом.

Датчик частоты вращения 4 выдает сигналы (фиг. 2,а), по переднему фронту которых формирователь импульсов 5 формирует короткие импульсы (фиг. 2,б). Эти импульсы перебрасывают Т-триггер 7 из одного устойчивого состояния в другое. Пусть в момент t_о прихода импульса с формирователя импульсов 5 на инвертном выходе Т-триггера 7 устанавливается сигнал логической единицы (фиг. 2,в). Тогда в этот же момент появляется аналогичный импульс на выходе первого элемента И 6 (фиг. 2,е), который запускает одновибратор 12. Этот одновибратор подстраиваемый и формирует на своем выходе эталонный импульс логического нуля Δt_u (фиг. 2,д), равный периоду времени вращения вала за один оборот холостого хода. Если двигатель загружен, то импульс логического нуля одновибратора 12 оканчивается до прихода последующего импульса с датчика частоты вращения 4. Интервал времени между ними Δt_s пропорционален скольжению.

Пусть АД запущен, сигнал на выходе одновибратора 16 и инверсном выходе триггера 20 логическая единица, статорная обмотка двигателя включена по схеме "звезда", частота следования счетных импульсов на выходе делителя частоты 10 соответствует заданной точности определения скольжения. Однако нагрузка такая, что энергетически выгоднее переключить обмотку 3 АД на "треугольник". В этом случае в момент t₁ окончания импульса, формируемого одновибратором 12, на выходе элемента И 9 появляется накат импульсов длительностью Δt_s = Δt_s1 (фиг. 2.е), которые считываются счетчиком 8. При числе импульсов, соответствующем точке (скольжению) переключения с "треугольника" на "звезду" на выходе третьего элемента И 13 в момент t₂ появляется импульс (фиг. 2.ж). А при числе импульсов, соответствующего точке (скольжению) переключения со "звезды" на "треугольник", в момент t₃ появляется импульс на выходе четвертого элемента И 14 (фиг. 2.з). Последний импульс поступает на второй блок задержки 21, назначение которого дать команду на переключение триггера 20 при заданном числе импульсов на входе блока 21. Импульс с выхода второго блока задержки 21 подается на выход второго элемента ИЛИ 22 и перебрасывает триггер 20 в устойчивое состояние с сигналами логической единицы и логического нуля соответственно на прямом и инверсном выходах. В результате отключается коммутатор 1 "звезда" и включается коммутатор 2 "треугольник". Двигатель переходит на работу по схеме треугольник с меньшими потерями. Его скольжение уменьшается, на выходе второго элемента И 9 появляется пакет импульсов длительностью Δt_s2 < Δt_s1 (фиг. 2,е). Счетчик 8 считает импульсы пакета. При числе импульсов, соответствующем точке (скольжению) переключения с "треугольника" на "звезду", на выходе третьего элемента И 13 в момент появляется импульс (фиг. 2, ж), который поступает на вход первого блока задержки 19, но на его выходе импульс не появляется.

При снижении нагрузки АД до величины, где энергетически выгоднее переключить статарную обмотку 3 на "звезду", на выходе элемента И 9 появляется пакет импульсов длительностью Δt_s3 < Δt_s2 (фиг. 2,е). Счетчик 6 считывает импульсы пакета, однако он не досчитывает до числа импульсов, соответствующих точке (скольжению) переключения с "треугольника" на "звезду". На выходе третьего элемента И 13, а следовательно и входе первого блика задержки 19, в момент t₅ импульс не появляется (фиг. 2,ж). При отсутствии заданного числа импульсов на входе первого блока задержки 19 на его выходе появляется сигнал, который перебрасывает триггер 20 в устойчивое состояние с сигналом логического нуля и логической единицы соответственно на прямом и инверсном выходах. В результате отключается коммутатор 2 "треугольник" и включается коммутатор 1 "звезда". Двигатель переходит на работу по схеме "звезда" с меньшим электропотреблением, его скольжение несколько увеличивается.

При дальнейшем изменении нагрузки АД устройство работает как описано выше.

В случаях, когда АД работает по схеме "звезда" и происходит наброс нагрузки, который может опрокинуть двигатель, на выходе элемента И 9 появляется пакет импульсов Δt_s4 > Δt_s5. Импульсы этого пакета считаются счетчиком 8. При числе импульсов, превышающем заданное для устойчивой работы АД число, на выходе элемента И 15 появляется импульс, который немедленно перебрасывает триггер 20 в состояние, при котором отключается коммутатор 1 "звезда" и включается коммутатор 2 "треугольник". Двигатель немедленно переходит на более устойчивую характеристику с соединением статорной обмотки по схеме "треугольник".

При пуске АД триггер 20 переходит в устойчивое состояние с сигналом логического нуля на прямом выходе, запускается второй одновибратор 16, который на своем прямом выходе формирует сигнал логического нуля длительностью, достаточной для разгона двигателя по схеме "звезда". Этот импульс поступает на соответствующий вход четвертого элемента И 14 и пятого элемента И 15, запрещая передачу сигнала со счетчика на вход "установка" триггера 20. Одновременно фронт сигнала логической единицы на инверсном выходе второго одновибратора 16 разрешает работу ВФПХ. Этот блок осуществляет плавный пуск электродвигателя (по заданному закону) фазоимпульсным регулированием подводимого к АД напряжения. Соответствующие импульсы фазоимпульсного управления поступают через первый элемент ИЛИ 17 на вход Х2 шестого элемента И 23 и далее на вход управления тиристорами коммутатора 1 "звезда". По окончании импульса логического нуля на прямом выходе второго одновибратора 16, на выходе первого элемента ИЛИ 17 и соответствующем входе четвертого элемента И 14 устанавливается сигнал логической единицы, разрешая работу канала: элемент И 14 ИЛИ 22 триггер 20. Двигатель переходит на режим работы "звезда" или "треугольник" в зависимости от нагрузки на его валу.

С изменением температуры нагрева АД изменяется сопротивление его обмоток, что приводит к небольшому изменению величин скольжения, соответствующих оптимальным точкам переключения "звезда треугольник". Температурная коррекция достигается введением терморезистора 24 во времязадающую цепь первого одновибратора 12; с увеличением температуры обмоток АД увеличивается сопротивление терморезистора 24, что приводит к некоторому увеличению длительности эталонного импульса, а следовательно и к некоторому увеличению величины скольжения, при котором осуществляется переключение "звезда-треугольник".

Таким образом, предложенный регулятор осуществляет более стабильное вычисление текущего скольжения за счет введения защитного интервала на повторный запуск одновибратора, формирующего эталонный импульс, температурной коррекции величин установок по скольжению, повышения устойчивости работы АД при набросах нагрузки, плавный фазоимпульсный пуск АД по схеме "звезда". В результате повышается надежность электропривода.

Использование: для управления трехфазными асинхронными электродвигателями, нагрузка которых изменяется в широких пределах. Сущность: в устройстве для пуска асинхронного электродвигателя сигнал с датчика частоты вращения поступает на схему счета, состоящую из Т-триггера, одновибратора, генератора импульсов, элементов "И" и счетчика. В зависимости от числа сосчитанных импульсов, пропорционального величине скольжения, появляются сигналы на выходах элементов И, которые через блоки задержки и управляют работой триггера, дающего команду на включение - отключение коммутатора "звезда" и "треугольник" статарной обмотки электродвигателя. Для повышения устойчивости работы АД при набросах нагрузки сигнал на переключение триггера поступает с элемента И, минуя блок задержки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для пуска асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор включения статорной обмотки электродвигателя "звездой" и "треугольником", датчик контролируемого параметра, триггер, один выход которого соединен с управляющим входом коммутатора, одновибратор, отличающееся тем, что датчик контролируемого параметра выполнен в виде датчика частоты вращения, в него введены второй одновибратор, формирователь импульсов, генератор импульсов, делитель частоты, счетчик, Т-триггер, два элемента ИЛИ, два блока задержки, шесть элементов И и блок формирования пусковых характеристик электродвигателя, выход которого соединен с одним входом первого элемента ИЛИ, а вход с одним выходом второго одновибратора, выход датчика частоты вращения соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом Т-триггера и одним входом первого элемента И, выход делителя частоты соединен с первым входом второго элемента И, а вход с выходом генератора импульсов, один выход Т-триггера соединен с входом "Сброс" счетчика, а другой с вторым входом второго элемента И и с другим входом первого элемента И, выход которого соединен с входом первого одновибратора, выход первого одновибратора соединен с третьим входом второго элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика, выходы счетчика соединены с соответствующими входами третьего, четвертого и пятого элементов И, другой выход второго одновибратора соединен с одними входами четвертого и пятого элементов И и другим входом первого элемента ИЛИ, вход первого блока задержки соединен с выходом третьего элемента И, а выход с входом "Сброс" триггера, вход второго блока задержки соединен с выходом четвертого элемента И, а выход с одним входом второго элемента ИЛИ, другой вход которого соединен с выходом пятого элемента И, вход "Установка" триггера соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а другой выход триггера с одним входом шестого элемента И, другой вход шестого элемента И соединен с выходом первого элемента ИЛИ, а выход с другим управляющим входом коммутатора, при этом датчик частоты вращения выполнен импульсным. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что во времязадающую цепь первого одновибратора включен терморезистор.