УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПУСКА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ Российский патент 1998 года по МПК H02P1/34 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к асинхронным электродвигателям с фазным ротором.

Известно устройство для пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором, подключенное через контактные кольца щетки к обмотке ротора, содержащее в каждой фазе N пусковых резисторов (по числу ступеней пуска), (N-1) пусковых контакторов, подключенных между соответствующими резисторами, основной контактор, замыкающий обмотку ротора накоротко по окончании пуска, систему управления контакторами [1]
Перед пуском контакторы отключены, следовательно резисторы всех ступеней пуска включены. Далее в процессе пуска поочередно включаются пусковые контакторы, отключая соответствующие резисторы. Сопротивление ступеней пуска, интервалы времени переключения ступеней подобраны так, что момент электродвигателя при пуске меняется в пределах от некоторого максимального до некоторого минимального. После выключения последней ступени резисторов и включения основного контактора электродвигатель переходит на работу по естественной характеристике и достигает установившейся скорости.

Пусковые характеристики асинхронного электродвигателя с таким устройством наиболее благоприятны, т.к. высокие значения моментов достигаются при невысоких значениях пусковых токов.

Однако это устройство громоздко, контакторы недостаточно надежны. Для управления контакторами требуется достаточно мощный дополнительный источник питания.

Известно устройство для пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержащее выпрямитель, подключенный к выводам обмотки ротора, N пусковых резисторов (по числу ступеней пуска), включенных последовательно на выходе выпрямителя, (N-1) пусковых тиристоров, аноды которых подключены к положительному выводу выпрямителя, а катоды к концам соответствующих резисторов, основной тиристор, включенный между выводами выпрямителя, управляющие блоки, выходы которых подключены к цепям управления тиристоров, входы подключены к генератору частоты, а цепи питания к стабилизатору напряжения, включенному между выводами выпрямителя, каждый блок управления имеет реле времени с определенной уставкой, заданной пусковой характеристикой электродвигателя [2]
Это устройство более компактно, переключение ступеней осуществляется тиристорами, т. е. бесконтактным способом, схема управления слаботочна, не требуется дополнительный источник питания.

Однако данное известное устройство обладает недостатками.

Оно недостаточно надежно. Разброс уставки времени блоков управления, вызванный отклонением параметров схемы, приведет к смещению реальной пусковой характеристики от расчетной, особенно опасному в зоне малых скольжений.

Оно вынуждено имеет весьма мощный стабилизатор напряжения. Величина напряжения на выходе выпрямителя изменяется в процессе пуска в десятки и даже сотни раз. Обеспечение постоянства напряжения питания блоков управления в этих условиях достаточно сложная задача. Выполнение ее требует сложного и мощного стабилизатора.

Для повышения надежности работы устройство для пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержащее выпрямитель, подключенный к выводам обмотки ротора, N пусковых резистора (по числу ступеней пуска), (N-1) пусковых тиристора, аноды которых подключены к положительному выводу выпрямителя, основной тиристор, включенный между выводами выпрямителя, управляющие блоки, выходы которых подключены к цепям управления тиристоров, согласно изобретению первые выводы пусковых резисторов подключены к отрицательному выводу выпрямителя, второй вывод первого пускового резистора подключен к положительному выводу выпрямителя, а вторые выводы остальных пусковых резисторов подключены к катодам соответствующих пусковых тиристоров, цепи питания каждого управляющего блока подключены к отпайке пускового резистора предыдущей ступени.

Устройство может быть усовершенствовано тем, что оно дополнительно содержит три пусковых резистора, подключенных параллельно входу выпрямителя.

Устройство может быть усовершенствовано также тем, что управляющие блоки содержат реле напряжения, включающие пусковой (основной) тиристор при напряжении питания, не превышающем уставку реле напряжения.

Устройство может быть усовершенствовано также тем, что управляющие блоки содержат реле частоты скольжения, вход которого подключен к выводу обмотки ротора, включающие пусковой (основной) тиристор при снижении частоты скольжения до заданного значения.

Устройство может быть усовершенствовано также тем, что часть управляющих блоков содержит реле напряжения, включающие пусковой (основной) тиристор при напряжении питания, не превышающем уставку реле напряжения, другая часть управляющих блоков содержит реле частоты скольжения, вход которого подключен к выводу обмотки ротора, включающие пусковой (основной) тиристор при снижении частоты скольжения до заданного значения.

Устройство может быть усовершенствовано тем, что управляющие блоки, содержащие реле частоты скольжения, дополнительно содержат реле времени, запрещающее включение пускового (основного) тиристора до истечения заданного времени.

Устройство может быть усовершенствовано тем, что хотя бы один управляющий блок содержит реле времени, включающее пусковой (основной) тиристор по истечении заданного времени.

Не были найдены решения с признаками, сходными с совокупностью заявленных отличительных признаков, в связи с этим предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.

В последующем изобретение поясняется на примере выполнения.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства.

Устройство для пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором содержит выпрямитель 1, подключенный к выводам обмотки 2 ротора, три пусковых резистора (по числу ступеней пуска) 3-5, два пусковых тиристора 6, 7, основной тиристор 8, включенный между выводами 9 и 10 выпрямителя 1, три управляющих блока 11, 12, 13, выходы 14, 15, 16 которых подключены к цепям управления тиристоров, соответственно 6, 7, 8, а цепи питания 17, 18, 19, 20, 21, 22 к отпайкам 23, 24, 25 пусковых резисторов.

Резистор 3 первой ступени пуска подключен между выводами 9, 10 выпрямителя 1, резисторы последующих ступеней пуска 4, 5 соединены последовательно с соответствующими пусковыми тиристорами 6, 7 и образуют цепи, включенные между выводами 9, 10 выпрямителя 1, а между собой параллельно, при этом аноды пусковых тиристоров 6, 7 подключены к положительному выводу 9 выпрямителя 1.

Параллельно входу выпрямителя 1 включены три пусковых резистора 26-28, образующие совместно с резистором 3 сопротивление первой ступени пуска.

Управляющий блок 12 содержит реле 29 напряжения, подключенное к базе транзистора 30, коллектор которого подключен к управляющему переходу пускового тиристора 7.

Причем реле напряжения состоит из транзистора 31, стабилитрона 32 и резистора 33.

Управляющий блок 11 содержит реле 34 времени блокировки и реле 36 частоты, подключенные к базе транзистора 35, коллектор которого подключен к управляющему переходу пускового тиристора 6.

Причем реле времени блокировки 34 состоит из транзистора 37, конденсатора 38, резистора 39 и стабилитрона 40, а реле 36 частоты из транзистора 41, база которого через диод 42 подключена к выводу 43 обмотки ротора, конденсатора 44, резисторов 45-47 и стабилитронов 48, 49.

Управляющий блок 13 содержит реле 50 времени пуска, подключенное к базе транзистора 51, коллектор которого подключен к управляющему переходу пускового тиристора 8.

Причем реле времени пуска 50 состоит из транзистора 52, резисторов 53, 54, конденсатора 55 и стабилитрона 56.

При пуске двигателя в обмотках 2 ротора наводится ЭДС, прикладывающаяся к входу выпрямителя 1. Резисторы 3, 26, 27, 28 обтекаются током. Часть напряжения, падающего на резисторе 3, снимаемая с отпайки 23, используется в качестве напряжения питания блока управления 11. Это напряжение, стабилизированное стабилитроном 48, прикладывается через резисторы 45, 46 к базе транзистора 41 и конденсатору 44, заряжая последний. Однако заряд конденсатора 44 осуществляется только тогда, когда диод 57 выпрямителя 1 заперт обратным напряжением обмотки ротора 2 (во время проводящего периода диода 57 конденсатор 44 зашунтирован цепью диод 42, диод 57 и разряжается).

Таким образом, на конденсаторе 44 формируются импульсы, частота которых пропорциональна частоте напряжения обмотки ротора, следовательно частоте скольжения, а амплитуда зависит от длительности заряда конденсатора 44, т.е. длительности запертого состояния диода 57, следовательно амплитуда импульсов обратно пропорциональна частоте скольжения.

По достижении двигателем заданной скорости амплитуда импульсов на конденсаторе 44 достигнет уровня напряжения стабилизации стабилитрона 49 и транзистор 41 откроется.

В момент подачи на блок управления 11 напряжения питания начинается заряд конденсатора 38 через резистор 39 и переход база-эмиттер транзистора 37, поддерживая его в открытом состоянии до тех пор, пока напряжение на конденсаторе 38 не достигнет напряжения стабилизации стабилитрона 40 и заряд конденсатора 38 не прекратится (это обеспечивает запрет включения следующей ступени на время, необходимое для затухания качений ротора двигателя при самозапуске после кратковременного перерыва питания).

В то время, когда транзистор 41 открыт, а транзистор 37 закрыт, открывается транзистор 35 и подключает напряжение питания к управляющему электроду пускового тиристора 6, в результате чего последний включается, подключая параллельно пусковому резистору 3 пусковой резистор 4 и увеличивая ток ротора (а значит и электромагнитный момент) двигателя.

Часть напряжения с пускового резистора 4, снимаемая с отпайки 24, используется в качестве напряжения питания блока управления 12. Это напряжение превышает напряжение стабилизации стабилитрона 32, поэтому транзистор 31 открыт, а транзистор 30 закрыт. По мере разгона двигателя ЭДС, наведенная в роторе, уменьшается и напряжение, приложенное к блоку управления 12, становится меньше напряжения стабилизации стабилитрона 32. Транзистор 31 закрывается, а транзистор 30 открывается, включая пусковой тиристор 7.

Пусковой резистор 5 подключается параллельно ранее включенным пусковым резисторам и ток ротора опять увеличивается.

Часть напряжения с пускового резистора 5, снимаемая с отпайки 25, прикладывается к блоку управления 13. Начинается заряд конденсатора 55 через резистор 53. При достижении напряжением на конденсаторе 55 напряжения стабилизации стабилитрона 56 транзистор 52 открывается и открывает транзистор 51, включающий в свою очередь основной тиристор 8.

Основной тиристор 8 закорачивает выход выпрямителя 1 и процесс пуска завершается. Состояние схемы после этого остается неизменным до отключения двигателя.

Предлагаемое устройство имеет ряд преимуществ.

Появилась возможность избавиться от мощного стабилизатора напряжения, т. к. напряжение на отпайке предвключенного резистора, откуда питается блок управления, изменяется всего в 1,5-3 раза против десятков, а иногда сотен раз изменения напряжения на выходе выпрямителя, используемого для питания блоков управления в известном устройстве.

Исключена возможность нарушения очередности включения ступеней пуска, например при сбое в блоке управления, т.к. питание на соответствующий блок подается только после включения предшествующей ступени пуска.

Все блоки управления находятся под одним и относительно небольшим потенциалом.

Напряжение питания пропорционально току обмотки ротора и может быть использовано как датчик пускового тока или датчик моментной характеристики электродвигателя для управления тиристорами.

Уставка реле напряжения может быть постоянна, в этом случае переключение ступеней будет происходить при одной и той же величине тока ротора.

Уставка реле напряжения может быть разной, в этом случае моментная характеристика электродвигателя может быть задана соответствующей моментной характеристике привода, что позволяет уменьшить число ступеней пуска.

Напряжение диода выпрямителя может являться датчиком частоты скольжения для управления тиристорами.

Наличие реле частоты скольжения позволяет обеспечить более точное включение ступеней на начальной части пусковой характеристики, имеющей слабую зависимость пускового тока от частоты.

Наличие реле времени блокировки позволяет исключить ошибочную работу реле частоты скольжения при качаниях ротора в режиме самозапуска двигателя после перерыва питания.

Наличие реле времени пуска, включающего тиристор по истечении заданного времени, позволяет повысить надежность работы устройства, т.к. гарантирует включение тиристора при сбое в блоке.

Резисторы первой ступени, установленные на входе выпрямителя, выполняют дополнительную функцию защищают диоды выпрямителя от коммутационных перенапряжений как в процессе пуска, так и при постоянной работе электродвигателя.

Отсутствуют связи с цепями статора электродвигателя и с посторонними источниками питания.

Таким образом, весьма простые и достаточно гибкие в функциональном отношении средства обеспечения управления пуском электродвигателя создают предпосылки для надежной работы предлагаемого устройства и электродвигателя в целом.

Устройство может быть использовано в электродвигателях приводов любой мощности и с любыми характеристиками приводов.

Устройство может быть как статическим, подключенным к обмотке ротора через контактные кольца, так и вращающимся на роторе. В этом случае электродвигатель с предлагаемым устройством по условиям эксплуатации равносилен асинхронному электродвигателю с коротко-замкнутым ротором, обладая при этом преимуществом в ограничении пускового тока.

Устройство может быть использовано в синхронных электродвигателях с асинхронным пуском (на время пуска специально выполненная обмотка возбуждения переключается в трехфазную, к которой подключается пусковое устройство с резисторами и переключателями).

Использование: в синхронных электроприводах с асинхронным пуском. Сущность: устройство для пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором содержит выпрямитель, подключенный к выводам обмотки ротора, N пусковых резисторов (по числу ступеней пуска), (N-1) пусковых тиристоров, основной тиристор и управляющие блоки, выходы которых подключены к цепям управления тиристоров, основной тиристор и первый пусковой резистор включены между выводами выпрямителя, первые выводы остальных пусковых резисторов подключены к отрицательному выводу выпрямителя, а вторые выводы - к катодам соответствующих пусковых тиристоров, аноды которых подключены к положительному выводу выпрямителя, цепи питания каждого управляющего блока подключены к отпайке пускового резистора предыдущей ступени. В результате повышается надежность работы из-за отсутствия мощного стабилизатора напряжения. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором, содержащее выпрямитель, подключенный к выводам обмотки ротора, N пусковых резисторов (по числу ступеней пуска), N 1 пусковых тиристоров, аноды которых подключены к положительному выводу выпрямителя, основной тиристор, включенный между выводами выпрямителя, управляющие блоки, выходы которых подключены к цепям управления тиристоров, отличающееся тем, что первые выводы пусковых резисторов подключены к отрицательному выводу выпрямителя, второй вывод первого пускового резистора подключен к положительному выводу выпрямителя, а вторые выводы остальных пусковых резисторов подключены к катодам соответствующих пусковых тиристоров, цепи питания каждого управляющего блока подключены к отпайке пускового резистора предыдущей ступени. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит три пусковых резистора, включенных параллельно входу выпрямителя. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что управляющие блоки содержат реле напряжения, включающие пусковой (основной) тиристор при напряжении питания, не превышающем уставку реле напряжения. 4. Устройство по любому из пп.1 3, отличающееся тем, что управляющие блоки содержат реле частоты скольжения, вход которого подключен к выводу обмотки ротора, включающие пусковой (основной) тиристор при снижении частоты скольжения до заданного значения. 5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что часть управляющих блоков содержит реле напряжения, включающие пусковой (основной) тиристор при напряжении питания, не превышающем уставку реле напряжения, другая часть управляющих блоков содержит реле частоты скольжения, вход которого подключен к выводу обмотки ротора, включающие пусковой (основной) тиристор при снижении частоты скольжения до заданного значения. 6. Устройство по п. 4 или 5, отличающееся тем, что управляющие блоки, содержащие реле частоты скольжения, дополнительно содержат реле времени, запрещающее включение пускового (основного) тиристора до истечения заданного времени. 7. Устройство по любому из пп.1 5, отличающееся тем, что хотя бы один управляющий блок содержит реле времени, включающее пусковой (основной) тиристор по истечении заданного времени.