СИСТЕМА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯХ Российский патент 1999 года по МПК H02P5/28 H02H7/08 H02P1/54 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где применяются электроприводы переменного тока в бесконтактном исполнении.

Современные электроприводы, используемые в народном хозяйстве, могут быть выполнены с применением нескольких электродвигателей, которые должны работать синхронно один с другим, образуя единый силовой агрегат, управляемый общим блоком управления и защиты. Такие электроприводы применяются, например, в конвейерах и рольгангах большой мощности, портальных кранах, и т.п. Указанные СУЗЭ одновременно должны удовлетворять ряду жестких технических требований.

1. Обеспечивать синхронный пуск и остановку всех электродвигателей электропривода.

2. Обеспечивать надежную защиту от несанкционированных изменений параметров питающей сети и сбоев в работе электродвигателей:
- обрыве одной из фаз 3-х фазной сети переменного тока,
- недопустимой асимметрии напряжения фаз электросети;
- перегреве электродвигателей;
- длительным технологическим перегрузкам;
- заклинивании ротора электродвигателя;
- неправильных процессах пуска и торможения.

3. Обеспечивать индикацию аварийного режима, что очень важно для быстрого устранения аварийного отключения.

Известно устройство для управления и защиты электродвигателя переменного тока (см. а.с.N 1427533, кл. H 02 P 1/26, 1988 г.), содержащее тиристорный коммутатор двусторонней проводимости, включенный в соответствующие фазы питающей сети, и блок управления и защиты, выполненный на базе резонансно-параметрического преобразователя с колебательным контуром. Принцип работы устройства основан на ограниченности области существования устойчивых параметрических колебаний. Нижняя граница области их существования соответствует примерно току холостого хода электродвигателя, верхняя - предельно допустимому току, на который настраивается защита.

Основным недостатком известного устройства является сложность его реализации в электроприводе с несколькими электродвигателями, т.к. их электрические и нагрузочные характеристики могут сильно различаться. Если в случае применения двух однотипных электродвигателей задача может быть как-то решена, то в случае применения разнотипных электродвигателей она не разрешима.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности (прототипом) является устройство для пуска и защиты асинхронного электродвигателя от аварийных режимов (см. а.с.N 1582308, кл. H 02 P 1/26, 1990 г.), содержащее тиристорный коммутатор двусторонней проводимости, включенный в соответствующие фазы питающей сети, блок управления, выход которого соединен с устройством запуска пускового реле, включенного в цепь источника питания последовательно с двумя параллельными замыкающими контактами, один из которых контакт кнопки "Пуск", а другой - самоблокирующийся контакт пускового реле, и размыкающим контактом кнопки "Стоп", реле тепловой защиты, а также два реле - плавного пуска и защиты, которые через диоды подключены к управляющим электродам тиристорного коммутатора. При пуске устройства импульсы управления в начальный момент поступают через диоды однополярные, благодаря чему осуществляется плавный запуск двигателя. В дальнейшем диоды закорачиваются, полностью открывая силовые ключи тиристорного коммутатора. Для защиты от аварийных режимов используются герконовые контакты, размещенные внутри витков фазных токопроводов, установленные на ток, превышающие пусковой ток электродвигателя, которые включают реле защиты, отключающее силовые ключи тиристорного коммутатора.

Основным недостатком известного устройства также является невозможность управления процессами включения и отключения нескольких двигателей электропривода с различными электрическими и нагрузочными характеристиками при их совместной работе
Кроме того, известное устройство не обеспечивает индикацию аварийного режима.

Целью заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно расширение функциональных возможностей устройства.

Это в системе для управления и защиты электропривода, содержащей блок тиристорных коммутаторов двусторонней проводимости, включенных в соответствующие фазы питающей сети первого асинхронного электродвигателя электропривода, блок управления, выход которого соединен с устройством запуска пускового реле, включенного в цепь источника питания последовательно с двумя параллельными замыкающими контактами, один из которых контакт кнопки "Пуск", а другой - самоблокирующийся контакт пускового реле, и размыкающим контактом кнопки "Стоп", достигается тем, что в блок тиристорных коммутаторов дополнительно введены тиристорные коммутаторы двусторонней проводимости, включенные в соответствующие фазы питающей сети других электродвигателей электропривода, при этом управляющие замыкающие контакты пускового реле подключены к управляющим электродам блока тиристорных коммутаторов, а в состав блока управления дополнительно введены пороговые формирователи тока, напряжения и температуры, а также устройство обработки информации и индикации, причем входы порогового формирователя тока соединены с трансформаторами тока, включенными последовательно с одной из обмоток каждого электродвигателя, а выход порогового формирователя тока - с первым входом устройства обработки информации и индикации, входами пороговый формирователь напряжения подключен параллельно всем обмоткам каждого электродвигателя, а его выход соединен со вторым входом устройства обработки информации и индикации, входы порогового формирователя температуры соединены с датчиками температуры обмоток электродвигателей, а выход порогового формирователя температуры соединен с третьим входом устройства обработки информации и индикации.

Указанное выполнение устройства позволяет запускать и контролировать работу всех электродвигателей электропривода одновременно и в случае несанкционированных изменений параметров питающей сети или работы одного из электродвигателей своевременно отключить электропривод. При этом индикация системы указывает на причину сбоя, после устранения которой возможен повторный запуск электропривода.

Заявляемая система не имеет аналогов среди устройств контроля и защиты электродвигателей, а значит соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена схема подключения электропривода с несколькими электродвигателями к трехфазной сети; на фиг. 2 - блок-схема заявляемой системы для управления и защиты электропривода.

На фиг. 3-6 представлены конкретные варианты выполнения принципиальных схем узлов и блоков системы:
- на фиг. 3 приведена принципиальная схема устройства пороговых формирователей тока;
- на фиг. 4 - принципиальная схема устройства пороговых формирователей температуры;
- на фиг. 5 - принципиальная схема устройства пороговых формирователей напряжения;
4 - на фиг. 6 - принципиальная схема устройства обработки информации и индикации.

Заявляемая СУЗЭ (см. фиг. 1, 2) содержит блок тиристорных коммутаторов двусторонней проводимости 1, включенных в соответствующие фазы электродвигателей 2 (M₁ - М_n) и подключенный через общий автоматический выключатель 3 к питающей сети. Внутри каждого электродвигателя установлен термодатчик 4 (например, ртутный замыкающий контакт). Последовательно с одной из обмоток каждого электродвигателя включен трансформатор тока 5. Блок управления 6 включает устройства пороговых формирователей тока 7, напряжения 8 и температуры 9, входы которых подключены соответственно к трансформаторам тока 5, к входным клеммам электродвигателей 2 (U_A1, U_B1, U_C1, U_an, U_bn, U_Cn) и термодатчикам 4. Выходы пороговых формирователей 7 - 9 подключены к входам устройства обработки информации и индикации 10, а его выход соединен с входом устройства запуска пускового реле 11, которое своим размыкающим контактом 12 подает питание на пускового реле 13 с самоблокирующимся замыкающим контактом 14 и параллельным ему замыкающим контактом кнопки "Пуск" 15, а также размыкающим контактом кнопки "Стоп" 16. Для управления тиристорными коммутаторами блока 1 пусковое реле 13 имеет управляющие замыкающие контакты 17, которые через сопротивление 18 замыкают между собой управляющие электроды тиристоров 19. Постоянное напряжение для работы всех электронных схем подается с источника питания 20 и снимается кнопкой "Сброс аварии" 21.

Приведенная на фиг. 2 принципиальная схема устройства запуска пускового реле 11 включает ключевой транзистор 22, реле "Сброс аварии" 23.

Приведенная на фиг. 3 принципиальная схема устройства пороговых формирователей тока 7 включает переменные резисторы 24 и диоды 25.

Приведенная на фиг. 4 принципиальная схема устройства пороговых формирователей температуры 9 включает диоды 26 и резистор 27.

Приведенная на фиг. 5 принципиальная схема устройства пороговых формирователей напряжения 8 включает фазные резисторы 28, общий резистор 29, диоды 30, резистор 31 и стабилитрон 32.

Приведенная на фиг. 6 принципиальная схема устройства обработки информации и индикации 10 включает входные RS-триггеры 33-35, светодиоды индикации аварийных режимов 36-38, ограничительный резистор 39 и RC-цепь, состоящую из резистора 40 и конденсатора 41.

Заявляемая СУЗЭ работает следующим образом. При включении общего выключателя 3 на блок тиристорных коммутаторов 1 подается питание, но т.к. их управляющие замыкающие контакты 17 разомкнуты, электродвигатели 2 обесточены. Одновременно постоянное напряжение подается с источника питания 20 на все электронные схемы, в том числе и на устройства запуска пускового реле 11, реле 23 которого размыкающим контактом 12 подает питание на пусковое реле 13. При нажатии кнопки "Пуск" 15 цепь питания реле 13 замыкается и оно срабатывает, причем своим самоблокирующимся замыкающим контактом 14 продолжает после отпуска кнопки "Пуск" поддерживать себя во включенном состоянии. После замыкания контактов 17 тиристоры 19 открываются и запитываются электродвигатели 2. Одновременно с этим на входы порогового формирователя напряжения 8 поступают напряжения с обмоток электродвигателей 2. При наличии всех напряжений на электродвигателе 2 (MI) напряжения на резисторах 28 будут равны и на общем резисторе 29 напряжение равно нулю, а следовательно, и на выходе устройства 8 оно будет равно нулю. При наличии нулевых напряжений на всех его входах выходное напряжение тоже будет равно нулю.

В случае отсутствия напряжения одной из фаз одного из электродвигателей 2 на общем резисторе 29 появляется переменное напряжение, положительная полуволна которого, пройдя через диод 30 и ограничитель напряжения на резисторе 31 и стабилитроне 32, поступает на выход устройства 8. Это напряжение воспринимается устройством 10 как авария.

На вход S-триггера 34 при подаче на схему питающего напряжения через RC-цепь 40-41 поступила логическая единица, поэтому с приходом на R-вход положительного импульса триггер 34 срабатывает, загорается светодиод "Обрыв фазы" 37, а положительное напряжение с его инверсного выхода поступает на логический переключатель 3ИЛИ 42, на входах которого до этого были нули, и устанавливает на его выходе уровень логической единицы, т.е. на выход устройства 10 поступает команда "Авария". При этом срабатывает устройство запуска пускового реле 11, реле 23 которого размыкает контакт 12 и обесточивает пусковое реле 13.

После устранения причины аварии и снятии кнопкой 21 "Сброс аварии" напряжения питания процесс запуска системы повторяют и при наличии всех напряжений на входах формирователя 8 система переходит в режим нормального функционирования.

Аналогичным образом СУЗЭ работает и в режимах "Перегрузка по току" и "Перегрев электродвигателя", только при этом сигнал аварии поступает с формирователей 7 или 9. Это бывает в тех случаях, когда ток какого-либо из электродвигателей 2 превысил максимально допустимый порог (обычно порог по току выставляют на уровне 1,15 - 1,2 от пускового тока электродвигателя, либо при срабатывании термодатчика 4 (температура электродвигателя превысила допустимый уровень).

Таким образом, заявляемая СУЗЭ обеспечивает синхронный пуск и остановку всех электродвигателей электропривода, надежную защиту от несанкционированных изменений параметров питающей сети и сбоев в работе любого из электродвигателей, а также осуществляет индикацию аварийного режима.

Устройство может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где применяются электроприводы переменного тока в бесконтактном исполнении. Система содержит блок тиристорных коммутаторов двусторонней проводимости, включенных в соответствующие фазы питающей сети электродвигателя, и блок управления. Управляющие замыкающие контакты пускового реле подключены к управляющим электродам тиристорного коммутатора, а в состав блока управления дополнительно введены пороговые формирователи тока, напряжения и температуры, а также устройство обработки информации и индикации. Технический результат заключается в обеспечении возможности управления процессами включения и отключения нескольких двигателей электропривода с различными электрическими и нагрузочными характеристиками при их совместной работе. 6 ил.

Система для управления и защиты электропривода, содержащая блок тиристорных коммутаторов двусторонней проводимости, включенных в соответствующие фазы питающей сети первого асинхронного электродвигателя электропривода, блок управления, выход которого соединен с устройством запуска пускового реле, включенного в цепь источника питания последовательно с двумя параллельными замыкающими контактами, один из которых контакт кнопки "Пуск", а другой - самоблокирующий контакт пускового реле, и размыкающим контактом кнопки "Стоп", отличающийся тем, что в блок тиристорных коммутаторов дополнительно введены тиристорные коммутаторы двусторонней проводимости, включенные в соответствующие фазы питающей сети других электродвигателей электропривода, при этом управляющие контакты пускового реле подключены к управляющим электродам блока тиристорных коммутаторов, а в состав блока управления дополнительно введены пороговые формирователи тока, напряжения и температуры, а также устройство обработки информации и индикации, причем входы порогового формирователя тока соединены с трансформаторами тока, включенными последовательно с одной из обмоток каждого электродвигателя, а выход порогового формирователя тока - с первым входом устройства обработки информации и индикации, входами пороговый формирователь напряжения подключен параллельно всем обмоткам каждого электродвигателя, а его выход соединен со вторым входом устройства обработки информации и индикации, входы порогового формирователя температуры соединены с датчиками температуры обмоток электродвигателей, а выход порогового формирователя температуры соединен с третьим входом устройства обработки информации и индикации.