СИСТЕМА ПУСКА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК H02P1/28 

Заявляется система пуска асинхронного двигателя (СПАД), относящаяся к электротехнике, которая может быть использована во всех отраслях народного хозяйства, где применяются силовые электроприводы переменного тока.

В настоящее время для обеспечения плавного разгона асинхронных двигателей, используемых в приводах силовых машин и механизмов, широко применяются различные СПАД. Для силовых приводов, работающих круглосуточно, например, в приточно-вытяжных установках, мельницах, дробилках и т.п. необходимо обеспечить ряд дополнительных технических требований, в частности:

- обеспечивать надежность длительной работы привода;

- обеспечивать плавный пуск асинхронного электродвигателя, что важно для снижения механических нагрузок в приводах, уменьшения бросков пусковых токов и повышения стабильности напряжения сети, особенно в условиях одновременного использования нескольких силовых приводов;

- обеспечивать надежную работу электродвигателя в условиях бросков напряжения питающей сети (при включении и выключении других мощных электропотребителей).

Известно устройство для безударного резонансного пуска асинхронного двигателя (см. а.с. №1591167, кл. Н 02 Р 1/26, 1990 г.), содержащее трехфазный коммутационный аппарат, управляющий вход которого подключен к блоку управления, его силовые входы соединены с фазами питающей сети, а выходы через резонансные контуры подключены к соответствующим фазам электродвигателя.

Принцип работы устройства основан на ограничении пусковых токов за счет насыщения магнитных сердечников резонансных контуров. Подбором активного и индуктивного сопротивлений обмоток резонансных контуров обеспечивается необходимая величина пускового тока, достаточная для безударного пуска электродвигателя.

Основными недостатками известного устройства являются, во-первых, его низкая надежность при продолжительном режиме работы. Это связано с низкой надежностью трехфазного коммутационного аппарата. При наличии мощных реактивных нагрузок в сети могут возникать значительные броски напряжения (реакция на большие пусковые токи), что может приводить к пробою одного или нескольких тиристоров или симисторов трехфазного коммутационного аппарата и выхода из строя всей СПАД.

Во-вторых, недостатком известного устройства можно считать сложность его технической реализации при пуске электродвигателей большой мощности (более 100 кВт), что связано с необходимостью применения сильноточных трансформаторов в резонансных контурах, значительного увеличения веса и габаритов устройства, а также его существенного удорожания.

Кроме того, резонансные контуры при работе электродвигателя постоянно включены в его обмотки и, следовательно, приводят к дополнительному падению напряжения и мощности на зажимах электродвигателя. Электродвигатель постоянно работает в режиме “недогрузки”, что существенно (10-20%) снижает крутящий момент на его валу.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности (прототипом) является система управления режимами работы асинхронного двигателя (см. патент РФ №2133549, кл. Н 02 Р 1/26, 1999 г.), содержащая основной и дополнительный трехфазные коммутационные аппараты на оптосимисторах, которые оптически связаны с блоком управления, их силовые входы соединены с фазами питающей сети, а выходы подключены к соответствующим фазам электродвигателя. Благодаря наличию двух трехфазных коммутационных аппаратов, система позволяет наиболее простым способом (переключением с основного на дополнительный коммутационный аппарат) производить изменение режима работы электродвигателя.

Основным недостатком известного устройства, как и вышеприведенного аналога, является низкая надежность при продолжительном режиме работы, что связано с низкой надежностью трехфазного коммутационного аппарата.

Кроме того, известное устройство даже при выборе таких режимов работы, как частичное и полное включение, не обеспечивает в полной мере режим “плавный пуск”, т.е. ликвидации бросков тока и напряжения в сети.

Целью заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение режима “плавный пуск”, при одновременном повышении надежности устройства при продолжительном режиме работы.

Это в системе пуска асинхронного двигателя, включающей основной трехфазный коммутационный аппарат, ключи которого соединены с блоком управления, его силовые входы подключены к фазам питающей сети, а силовые выходы - к соответствующим фазам электродвигателя, а также дополнительный трехфазный коммутационный аппарат, достигается тем, что дополнительный трехфазный коммутационный аппарат выполнен в виде трех пар нормально разомкнутых контактов электромагнитного пускателя, включенных параллельно фазовым ключам основного коммутационного аппарата, при этом электромагнитный пускатель снабжен двумя дополнительными парами контактов, из которых первый, нормально замкнутый контакт соединен с цепью питания блока управления и через нормально замкнутую кнопку “СТОП” подключен к одной из фаз питающей сети, а второй - нормально разомкнутый контакт подключен к первому зажиму реле электромагнитного пускателя и соединен с соединением кнопки “СТОП” и первым нормально замкнутым контактом электромагнитного пускателя, второй зажим реле электромагнитного пускателя соединен с нулевым проводом сети, с которым также соединен земляной зажим блока управления, при этом между первым контактом электромагнитного пускателя и цепью питания блока управления включен нормально разомкнутый контакт реле магнитного пускателя блока управления.

Указанное выполнение устройства позволяет осуществлять плавный пуск электродвигателя, а после его выхода на номинальный режим работы производить отключение от коммутационного аппарата, шунтируя его ключи контактами электромагнитного пускателя. Поскольку трехфазный коммутационный аппарат работает не более 30 секунд, то вероятность его выхода из строя из-за бросков напряжения или теплового пробоя ключей практически равна нулю. При этом также отпадает необходимость применения мощных радиаторов для силовых ключей, а значит и габариты всей СПАД существенно уменьшаются, а ее стоимость снижается.

Заявляемая система не имеет аналогов среди известных СПАД, а следовательно, соответствует критерию “изобретательский уровень”.

На фиг.1 представлена блок-схема заявляемой СПАД.

На фиг.2 представлен вариант принципиальной схемы блока управления.

На фиг.3 представлены эпюры напряжений, поясняющие работу СПАД.

Заявляемая СПАД (см.фиг.1) содержит трехфазный коммутационный аппарат 1 (блок коммутаторов двусторонней проводимости), включенных в соответствующие фазы электродвигателя 2; электромагнитный пускатель 3, нормально разомкнутые контакты 4 которого шунтируют ключи коммутационного аппарата 1; блок управления 5, цепь питания которого через кнопку “СТОП” 6 и нормально замкнутый контакт 7 электромагнитного пускателя 3 подключена к одной из фаз сети; нормально разомкнутый контакт 8 самоблокировки электромагнитного пускателя; нормально разомкнутый контакт 9 включения реле магнитного пускателя блока управления.

Представленная на фиг.2 принципиальная схема блока управления включает каналы 0, А, В, С. Канал 0 содержит выпрямитель 10, формирователь импульсов 11, пусковую цепь 12, интегратор 13, счетчик импульсов 14, управляющий тиристор 15 и реле включения магнитного пускателя 16.

Каналы управления фазами питания двигателя А, В, С выполнены идентичными друг другу (на фиг.2 представлен только канал А) и включают выпрямитель 17, интегратор 18, компаратор 19, тиристор сброса 20, компаратор 21 и выходной каскад управления (оптронный коммутатор) 22.

На фиг.3 представлены эпюры: импульсы напряжения 22 на выходе интегратора 18, пилообразное напряжение 23 на выходе интегратора 13, моменты включения фазовых коммутаторов 22.

Заявляемая СПАД работает следующим образом. При включении общего выключателя сети (выключатель сети условно не показан) на блок управления 5 через нормально замкнутый контакт 6 кнопки “СТОП” и нормально замкнутый контакт 7 электромагнитного пускателя подается напряжение на блок управления 5. В канале 0 блока 5 переменное напряжение выпрямляется выпрямителем 10, а формирователем импульсов 11 формирует прямоугольные импульсы частотой 100 Гц, которые поступают на вход счетчика импульсов 14 с коэффициентом пересчета 3000. При нажатии кнопки “ПУСК” пусковой цепи 12 импульс запуска с конденсатора пусковой цепи 12 поступает на вход интегратора 13 и одновременно обнуляет счетчик 14. На выходе интегратора формируется линейно-падающее напряжение 23. Одновременно с этим в каналах А-С происходит следующее. Колоколообразные импульсы с выпрямителя 17 поступают на интегратор 18, который формирует периодические полусинусоиды 22, срыв которых происходит после каждого колоколообразного импульса благодаря компаратору 19 и тиристору сброса 20. Напряжения с выходов интеграторов 13 и 18 поступают на вход компаратора 21, который в момент их равенства срабатывает и посредством оптронной пары 22 открываются ключи коммутационного аппарата 1 и на электродвигатель 2 поступают фрагменты 25 входных напряжений фаз питающей сети. По мере снижения линейно-падающего напряжения 23, все большая часть импульсов входного напряжения проходит на электродвигатель 2. При достижении 30 секунд уже все импульсы без усечения поступают на электродвигатель 2, счетчик 14 переполняется, открывается тиристор 15 и срабатывает реле 16, которое своим нормально разомкнутым контактом 9 включает электромагнитный пускатель 3, который своим контактом 7 отключает блок управления 5 от цепи питания и контактом 8 самоблокируется. Контактами 4 электромагнитный пускатель 3 шунтирует трехфазный коммутационный аппарат 1, подключая электродвигатель 2 напрямую к сети. Благодаря плавному повышению напряжения на обмотках электродвигателя 2 не происходит скачков напряжения в сети, а следовательно, и ответной реакции на резко возрастающие токи в обмотках. В этом режиме электродвигатель 2 может надежно работать как угодно долго. При необходимости его остановки нажимают кнопку “СТОП” 6, чем обесточивают обмотку реле электромагнитного пускателя 3 и одновременно отключают общий выключатель сети.

Таким образом, заявляемая СПАД, в отличие от известных аналогов, обеспечивает плавный пуск асинхронного двигателя, а также способна сохранять высокую надежность при продолжительном режиме работы.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где применяются силовые электроприводы переменного тока. Техническим результатом является обеспечение плавного пуска при одновременном повышении надежности при продолжительной работе устройства. В систему пуска асинхронным двигателем введены трехфазный коммутационный аппарат с тремя парами нормально разомкнутых контактов электромагнитного пускателя, включенных параллельно фазовым ключам основного коммутационного аппарата. Электромагнитный пускатель снабжен двумя дополнительными парами контактов. Первый нормально замкнутый контакт соединен с цепью питания блока управления и через нормально замкнутую кнопку “СТОП” подключен к одной из фаз питающей сети. Второй нормально разомкнутый контакт подключен к первому зажиму реле электромагнитного пускателя и соединен с общей точкой кнопки “СТОП” и первого нормально замкнутого контакта электромагнитного пускателя. Второй зажим реле электромагнитного пускателя соединен с нулевым проводом сети, который соединен с земляным зажимом блока управления. Между первым контактом электромагнитного пускателя и цепью питания блока управления включен нормально разомкнутый контакт реле магнитного пускателя блока управления. 3 ил.

Система пуска асинхронного двигателя, включающая основной трехфазный коммутационный аппарат, ключи которого соединены с блоком управления, его силовые входы подключены к фазам питающей сети, а силовые выходы - к соответствующим фазам электродвигателя, а также дополнительный трехфазный коммутационный аппарат, отличающаяся тем, что дополнительный трехфазный коммутационный аппарат выполнен в виде трех пар нормально разомкнутых контактов электромагнитного пускателя, включенных параллельно фазовым ключам основного коммутационного аппарата, при этом электромагнитный пускатель снабжен двумя дополнительными парами контактов, из которых первый, нормально замкнутый контакт соединен с цепью питания блока управления и через нормально замкнутую кнопку “СТОП”, подключен к одной из фаз питающей сети, а второй - нормально разомкнутый контакт подключен к первому зажиму реле электромагнитного пускателя и соединен с соединением кнопки “СТОП” и первым нормально замкнутым контактом электромагнитного пускателя, второй зажим реле электромагнитного пускателя соединен с нулевым проводом сети, с которым также соединен земляной зажим блока управления, при этом между первым контактом электромагнитного пускателя и цепью питания блока управления включен нормально разомкнутый контакт реле магнитного пускателя блока управления.