СПОСОБ МЯГКОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ Российский патент 2002 года по МПК H02P1/28 H02P3/18 H02P7/36 

Описание патента на изобретение RU2192703C1

Изобретение относится к электроприводу и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства, использующих асинхронные электрические машины.

Известен способ управления асинхронной электрической машиной, в котором осуществляются ее прямой пуск путем непосредственного подключения к питающей сети переменного тока, неуправляемая работа в рабочем режиме и прямой останов путем непосредственного отключения машины от питающей сети.

Недостатками такого способа управления являются:
- высокий уровень пускового тока, достигающий 10-кратных значений по сравнению с номинальной величиной, что требует повышенных мощностей трансформаторных подстанций и кабельных линий;
- перегрев электрического двигателя и сокращение его сроков службы;
- преждевременный выход из строя технологических механизмов и отсутствие регулирования технологического процесса;
- повышенное потребление электроэнергии технологическими установками за счет вынужденного завышения установленной мощности двигателей, сокращения повторно-кратковременных режимов и замены их на непрерывные режимы работы и т.п.;
- повышенное потребление реактивной мощности, приводящее к дополнительным потерям электрической энергии, снижению коэффициента мощности, уменьшению пропускной способности питающих линий по активной мощности и ухудшению качества электрической энергии (колебания и отклонения напряжения) в сети [1].

Известен способ управления асинхронной электрической машиной, в котором путем подачи на управляющие электроды последовательно включенных антипараллельных тиристоров управляющих импульсов и их движения в области положительных полуволн напряжения на каждом из тиристоров обеспечиваются мягкие пуск, останов и регулирование рабочего режима машины. В данном способе снимаются проблемы пускового тока и связанных с ним повышения мощностей трансформаторных подстанций и кабельных линий, перегрева и сокращения срока службы двигателя. Применение данного способа позволяет не завышать установленную мощность электрической машины, широко использовать повторно-кратковременные режимы вместо вынужденных непрерывных и за счет этого снижать потребляемую электрическую энергию. Плавный пуск и останов машины, а также необходимое управление в рабочем режиме предотвращают преждевременный выход из строя технологических механизмов и повышают качество технологического процесса [2].

К недостаткам такого способа, выбранного в качестве ближайшего аналога, следует отнести то, что он не устраняет значительное потребление электрической машиной реактивной мощности, а следовательно, и не решает проблем повышения коэффициента мощности установки, снижения потерь электрической энергии от протекания реактивной мощности, повышения пропускной способности питающих линий по активной мощности и улучшения качества электрической энергии в питающей сети.

Изобретение решает задачу компенсации реактивной мощности, потребляемой асинхронной электрической машиной из питающей сети, что обеспечивает повышение коэффициента мощности установки, существенно уменьшает потери электрической энергии, повышает пропускную способность системы электроснабжения по активной мощности, улучшает качество электроэнергии в питающей сети за счет поддержания напряжения на необходимом уровне. Для этого на время пуска, последующего рабочего режима и останова в цепь с асинхронной электрической машиной, последовательно соединенной с антипараллельными полупроводниковыми элементами, управляемыми путем подачи на управляющие электроды импульсов управления и их движения в области положительных полуволн напряжения на каждом из полупроводниковых элементов, включают емкостное сопротивление, причем движение импульсов управления полупроводниковыми элементами осуществляют в диапазоне, расширенном в сторону опережения на угол

где и Rэ - включаемое эквивалентное емкостное и эквивалентное активное сопротивление асинхронной машины. Емкостное сопротивление включают либо последовательно с асинхронной машиной, либо параллельно, либо последовательно-параллельно. Причем при пуске асинхронной машины движение импульсов управления осуществляют в сторону снижения углов включения управляемых полупроводниковых элементов, а при останове асинхронной машины движение импульсов управления осуществляют в сторону возрастания углов включения управляемых полупроводниковых элементов.

На фиг.1 представлена принципиальная схема одного из возможных вариантов включения асинхронной электрической машины, в которой реализован предлагаемый способ управления. Схема содержит трехфазный тиристорный ключ 1 и трехфазную конденсаторную батарею 2, образующие трехфазный тиристорный ключ 3 с одноступенчатой искусственной коммутацией, а также асинхронную электрическую машину 4. Для пояснения сути предлагаемого способа на фиг.2 и 3 приведены временные диаграммы мягкого пуска и зависимости углов управления и выключения тиристоров от номера полупериода питающей сети при линейном законе управления в случае однофазной активно-индуктивной (RL) нагрузки с углом сдвига фаз + 30 эл.град. На фиг.4 и 5 показаны те же зависимости для случая компенсированной активно-индуктивной (RLC) нагрузки с углом сдвига фаз - 20 эл. град. Ток и напряжения на временных диаграммах приведены в относительных величинах, причем в качестве базисных приняты соответствующие действующие значения при полностью открытом тиристорном ключе.

Способ мягкого управления асинхронной электрической машиной реализуется следующим образом. При положительном напряжении на тиристорном ключе и наличии управляющего импульса ток проводит прямой тиристор. При отрицательном напряжении и также при наличии управляющего импульса работает обратный тиристор. При уменьшении угла управления тиристоров от 180 эл. град. (т.е. при движении импульсов управления влево), как показано на фиг.2 и 4, осуществляется ее мягкий пуск. При неподвижных импульсах управления или при их некотором движении в области с практически открытым ключом обеспечивается необходимый рабочий режим нагрузки. При движении импульсов управления вправо имеет место мягкий останов нагрузки. В случае RL-нагрузки напряжение на тиристорном ключе определяется только напряжением питающей сети. Поэтому угол включения тиристоров не может быть меньше, чем угол сдвига фаз нагрузки, а угол выключения не может быть меньше 180 эл.град (фиг.3). В результате в рабочем режиме кривая тока нагрузки, а следовательно, и сети отстает от напряжения (фиг.2), т.е. цепь с тиристорным ключом и нагрузкой является потребителем реактивной мощности.

Иная картина имеет место при включении в указанную цепь емкостного сопротивления (фиг.4). Теперь напряжение на тиристорном ключе дополнительно определяется напряжением на емкости, которое обеспечивает возможность осуществления опережающей одноступенчатой искусственной коммутации тиристоров (напряжение на тиристорном ключе меняет знак раньше точки перехода напряжения питающей сети через нулевое значение). В результате при расширении диапазона движения импульсов управления тиристоров в сторону опережения на угол

где и Rэ - включаемое эквивалентное емкостное и эквивалентное активное сопротивление асинхронной машины, обеспечивается возможность работы цепи с углами управления, равными нулю, и углами выключения, равными 180 эл. град. В этом случае в рабочем режиме кривая тока нагрузки и сети совпадает по фазе с напряжением нагрузки, а цепь не потребляет реактивной мощности. При необходимости обеспечивается работа цепи с отрицательными углами управления и меньшими чем 180 эл.град. углами выключения тиристоров (фиг.5). В этом случае цепь одновременно с выполнением основной технологической функции генерирует реактивную мощность в питающую сеть, т.е. покрывает потребности сети по реактивной мощности.

Подобные процессы имеют место и в цепи с асинхронной машиной (фиг.1). Трехфазный тиристорный ключ 1 и трехфазная конденсаторная батарея 2, образующие трехфазный тиристорный ключ 3 с одноступенчатой искусственной коммутацией, аналогичным путем снижают потребление или обеспечивают генерирование реактивной мощности в питающую сеть цепью с асинхронной машиной 4. Асинхронная машина с ключом 3 по возможности компенсации реактивной мощности приближается к синхронной машине, сохраняя присущие преимущества асинхронных машин.

Технико-экономический эффект от применения предлагаемого способа мягкого управления асинхронной электрической машиной связан с высокоэкономичным решением проблемы компенсации реактивной мощности, потребляемой асинхронными электрическими машинами из питающей сети, что обеспечивает повышение коэффициента мощности установок, существенно уменьшает потери электрической энергии, повышает пропускную способность систем электроснабжения по активной мощности, улучшает качество электроэнергии в питающей сети за счет поддержания напряжения на необходимом уровне. Особое народнохозяйственное значение предложения определяется тем, что порядка 60% вырабатываемой электрической энергии потребляется с использованием асинхронных машин.

Источники информации
1. Переходные процессы в системах электроснабжения / В.Н. Винославский, Г.Г. Пивняк, Л.И. Несен и др. - Киев: Выща школа, 1989. - 424 с.

2. Тиристорный преобразователь для плавного пуска асинхронных электродвигателей // Материалы докладов 2-го Международного симпозиума по энергетике, окружающей среде и экономике (ЭЭЭ-2). - Казань: КФ МЭИ, 1998, т. 1, с. 92-95.

Похожие патенты RU2192703C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНОЙ СИСТЕМОЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА 2009
  • Хохлов Юрий Иванович
  • Федорова Мария Юрьевна
RU2410830C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫМ АГРЕГАТОМ 2007
  • Хохлов Юрий Иванович
RU2333589C1
Электропривод с устройством для возбуждения синхронной машины 1982
  • Низимов Виктор Борисович
SU1119157A1
СПОСОБ КВАЗИЧАСТОТНОГО МЯГКОГО ПУСКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2004
  • Балавин Михаил Александрович
  • Балтер Ян Семенович
  • Бурганов Фарит Салихович
  • Важенин Юрий Иванович
  • Горюнов Олег Алексеевич
  • Иванов Игорь Алексеевич
  • Кузнецов Олег Алексеевич
  • Михаленко Сергей Владимирович
  • Швабский Виктор Лейбович
  • Эпштейн Исаак Израилевич
RU2277289C1
Способ управления мощностью статического компенсатора реактивной мощности, работающего в сети синусоидального переменного напряжения 2022
  • Панфилов Дмитрий Иванович
  • Асташев Михаил Георгиевич
  • Журавлев Иван Исмаилович
  • Рожков Александр Николаевич
RU2792862C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫМ АГРЕГАТОМ 2014
  • Хохлов Юрий Иванович
  • Сафонов Валерий Иванович
  • Лонзингер Петр Владимирович
RU2563027C1
АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 1992
  • Бурак К.Ю.
  • Ситченко Л.С.
  • Богуславский И.З.
  • Рогачевский В.С.
  • Горбатенко В.И.
  • Тимофеев Б.А.
  • Лебедева Н.П.
RU2088042C1
УСТРОЙСТВО ПЛАВНОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2013
  • Посконный Геннадий Ильич
  • Горбунов Роман Леонидович
RU2530532C1
Устройство управления асинхронным электродвигателем 1974
  • Тонкаль Владимир Ефимович
  • Гречко Эдуард Никитович
  • Ильченко Анатолий Яковлевич
  • Павленко Владимир Евдокимович
SU524298A1
УНИВЕРСАЛЬНОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО 2010
  • Тарасов Юрий Владимирович
RU2451974C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 192 703 C1

Реферат патента 2002 года СПОСОБ МЯГКОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ

Изобретение относится к электроприводу на основе асинхронных электрических машин и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства. Технический результат заключается в компенсации реактивной мощности, потребляемой асинхронной электрической машиной из питающей сети, повышения коэффициента мощности установки, уменьшения потерь электрической энергии, повышения пропускной способности системы электроснабжения по активной мощности и улучшения качества электроэнергии в питающей сети на время пуска, последующего рабочего режима и останова. Для этого в цепь с асинхронной электрической машиной, последовательно соединенной с антипараллельными полупроводниковыми элементами, управляемыми путем подачи на управляющие электроды импульсов управления и их движения в области положительных полуволн напряжения на каждом из полупроводниковых элементов, включают емкостное сопротивление, причем движение импульсов управления полупроводниковыми элементами осуществляют в диапазоне, расширенном в сторону опережения на угол

где и Rэ - включаемое эквивалентное емкостное и эквивалентное активное сопротивление асинхронной машины. При пуске асинхронной машины движение импульсов управления осуществляют в сторону снижения углов включения управляемых полупроводниковых элементов, а при останове асинхронной машины движение импульсов управления осуществляют в сторону возрастания углов включения управляемых полупроводниковых элементов. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

Формула изобретения RU 2 192 703 C1

1. Способ мягкого управления асинхронной электрической машиной, последовательно соединенной с антипараллельными полупроводниковыми элементами, управляемыми путем подачи на управляющие электроды импульсов управления и их движения в области положительных полуволн напряжения на каждом из полупроводниковых элементов, отличающийся тем, что на время пуска, последующего рабочего режима и останова в цепь с асинхронной электрической машиной включают емкостное сопротивление, причем движение импульсов управления полупроводниковыми элементами осуществляют в диапазоне, расширенном в сторону опережения на угол

где и Rэ - включаемое эквивалентное емкостное и эквивалентное активное сопротивление асинхронной машины.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что емкостное сопротивление включают последовательно с асинхронной машиной. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что емкостное сопротивление включают параллельно с асинхронной машиной. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что емкостное сопротивление включают последовательно-параллельно с асинхронной машиной. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при пуске асинхронной машины движение импульсов управления осуществляют в сторону снижения углов включения управляемых полупроводниковых элементов. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при останове асинхронной машины движение импульсов управления осуществляют в сторону возрастания углов включения управляемых полупроводниковых элементов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2002 года RU2192703C1

Тиристорные преобразователи для плавного пуска асинхронных двигателей
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
- Казань: КФ МЭИ, 1998, т
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Автоматический огнетушитель 0
  • Александров И.Я.
SU92A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 1992
  • Новиков О.И.
RU2089036C1
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ БОКСОВАНИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ РЕЛЬСОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА 1994
  • Гриневич В.П.
RU2072670C1
Способ пуска асинхронного короткозамкнутого электродвигателя и устройство для осуществления этого способа 1957
  • Загорский В.Т.
SU116793A1
Способ определения коэффициента объемной диффузии примеси в порошковом материале 1987
  • Конышев Владимир Петрович
  • Быков Семен Борисович
  • Нечаева Ирина Петровна
SU1492240A1
US 3646415 А, 29.02.1977
US 5883486 А, 16.03.1999.

RU 2 192 703 C1

Авторы

Хохлов Ю.И.

Даты

2002-11-10Публикация

2001-02-26Подача