Устройство для переключения обмотки статора трехфазного асинхронного электродвигателя Советский патент 1984 года по МПК H02P1/32 

Изобретение относится к электротехнике и можетбыть использовано в электроприводах переменного тока с медленно изменяющейся нагрузкой.

Известно устройство переключения обмотки статора трехфазного злектродвигателя, содержащее контакторы включения обмотки по схемс1М ЗВЕЗДА |И ТРЕУГОЛЬНИК, релейно-контактную схему управления и датчик нагрузки злектродвигателя. Переключение обмотки двигателя со схемы ЗВЕЗДА на схему ТРЕУГОЛЬНИК происходит по команде датчика нагрузки при увеличении последней до соответствующей величины. После снижения нагрузки происходит переключение обмотки в обратном порядке Cl3 .

Недостаток известного устройства - низкая надежность, обусловленная наличием контактов в схеме упра ления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для переключения обмотки статора трехфазного асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор включения обмотки статора электродвигателя по схеме ЗВЕЗДА и коммутатор включения обмотки статора электродвигателя по схеме ТРЕУГОЛЬНИК, блок управления,три элемента И, одни, входы которых соединены с выходами соответствующих элементов задержки, а выходы первого и второто элементов И соединены с входами соответствующих коммутаторов, элемент сравнения, датчик нагрузки,выход которого подключен к одному входу элемента сравнения, пороговый элемент, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, элемент И-НЕ, один вход которого соединен с выходом третьего элемента И и входом третьего элемента задержки.

В известном устройстве переключение обмотки электродвигателя происходит в функции нагрузки последнего C2J .

Ввиду того, что в моменты переключения обмотки возникают броски тока, которые могут воприниматься датчиком нагрузки, воз1-1ожна работа устройства в режиме ключа, что снижает надежность работы электропривода в целом. При отказе какоголибо элемента в канале управления коммутаторами включения двигателя по схемам ЗВЕЗДА или ТРЕУГОЛЬНИК могут включиться оба коммутатора одновременно, что приводит к короткому замыканию и выходу из строя устройства. В известном устройстве не упитывается влияние изменения питающего напряжения на нагрузку электродвигателя, вследствие чего снижается эффективность повышения cos V электропривода.

Цель изобретения повышение надежности и cosI/ электропривода.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для переключения обмотки статора трехфазного асинхронного электродвигателя, содержащее коммутатор включения обмотки статора электродвигателя по схеме

0 ЗВЕЗДА и коммутатор включения обмотки статора электродвигателя по схеме ТРЕУГОЛЬНИК, блок управления, три элемента задержки, три элемента И, одни входы которых соединены с выхо5 дами соответствующих элементов задержки, а выходы первого и второго элементов И - с входами соответствующих коммутаторов, элемент сравнения, датчик нагрузки, выход которого

0 подключен к одному входу элемента сравнения, пороговый элемент, вход которого соединен с выходом элемен.та сравнения, элемент И-НЕ, один вход которого соединен с выходом

е третьего элемента И, а другой вход с вторым входом третьего элемента И и входом третьего элемента заДержки, введены нелинейный блок, датчик напряжения питающей ceти три элемента ИЛИ, одновибратор, второй элемент

И-НЕ, два элемента ЗАПРЕТ, причем прямой вход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом первого элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к инверсному входу второго элемен5 та ЗАПРЕТ и одному выходу блока управления, выход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с входом nepsoro элемента задержки и вторым входом первого элемента И, инверсный вход перво0 го элемента ЗАПРЕТ соединен с одним входом второго элемента ИЛИ и вторым выходом блока управления, прямой вход второго элемента ЗАПРЕТ подключен к выходу второго элемента

C .ИЛИ, выход второго элемента ЗАПРЕТ подключен к второму входу второго элемента И и входу в:ворого элемента задержки, выход первого элемента И-НЕ подключен к другому входу вто рого элемента ИЛИ, выход датчика

напряжения через нелинейный блок подключен к другому входу элемента сравнения, вход одновибратора подключен к выходу третьего элемента И

g и одному входу первого элемента ИЛИ, выход одновибратора соединен с одним входом третьего элемента ИЛИ, другрй вход которого подключен к выходу порогового элемента, а выход соединен с входом первого элемента задержки, соответствующие входы второго элемента И-НЕ соединены с выходами первого и второго элементов задержки, а выход второго элемента И-НЕ подключен к третьим входам пер5 вого и второго элементов И. На чертеже представлена, блок-схе ма устройства. Схема- содержит ког 1мутатор 1 вклю чения обмотки статора электродвигателя по схеме ЗВЕЗДА, коммутатор 2 включения обмотки статора электродвигателя по схеме ТРЕУГОЛЬНИК, бло 3 управления, три элемента 4-6 задержки, три элемента И 7-9, одни входы которых соединены с выходами соответствующих элементов 4-6 задер ки, а выходы первого и второго элементов И 7 и 8 - с входами соответствующих коммутаторов 1 и 2, элемен 10 сравнения, датчик 11 нагрузки, выход которого подключен к одному входу элемента 10 сравнения, порого вый элемент 12, вход которого соеди нен с выходом элемента 10 сравнения элемент И-НЕ 13, один вход которого соединен с выходом третьего элемента И 9, а другой - с вторым входом третьего элемента И 9 и входом третьего элемента 6 задержки, нелинейный блок 14, датчик 15 напряжения питающей сети, три элемента ИЛИ 1618, одновибратор 19, второй элемент И-НЕ 20, два элемента ЗАПРЕТ 21 и 2 причем прямой вход первого элемента ЗАПРЕТ 21 соединен с выходом первого элемента ИЛИ 16, другой вход которого подключен к инверсному входу второго элемента ЗАПРЕТ 22 и одному входу блока 3 управления, выход пер вого элемента ЗАПРЕТ 22 соединен с входом первого элемента 4 задержки и вторым входом первого элемента И 7, инверсный вход первого элемента ЗАПРЕТ 2.1 соединен с одним входом второго элемента ИЛИ 17 и вторым выходом блока 3 управления, пря мой вход второго элемента ЗАПРЕТ 22 подключен к выходу второго элемент ИЛИ 17, выход второго элемента ЗАПРЕТ 22 подключен к второму входу второго элемента И 8- и входу второго элемента 5 задержки, выход пер вого элемента И-НЕ 13 подключен к другому входу второго элемента ИЛИ 17, выход датчика 15 напряжения через нелинейный блок 14 подключен к другому входу элемента 10 сравнения вход одновибратора 19 подключен к выходу третьего элемента И 9 и одному входу первого элемента ИЛИ 16, выход одновибратора соединен с одним входом третьего элемента ИЛИ 18 другой вход которого .подключен к выходу порогового элемента 12, а выход соединен с входом первого эле мента 6 задержки, соответствующие входы второго элемента И-НЕ 20 соединены с выходами первого и второго элементов 4 и 5 задержки, а выход второго элемента И-НЕ подключен к третьим входам первого и второго эле ментов И 7 и 8. В качестве датчика 11 нагрузки электродвигателя можно использовать датчики тока, момента нагрузки, полной, активной или реактивной мощности. Нелинейный блок 14 реализует зависимость выбранного контрольного параметра, например, мощности двигателя от напряжения питаиощей сети. Устройство работает следующим образом. При подаче сигнала , , которому соответствуют сигналы Нуль на выходах У 1 и У2 блока 3 управления, снижаются ограничения на работу схемы в автоматическом режиме посредством подачи сигналов Нуль на инверсные входы Х2 элементов ЗАПРЕТ 21 и 22. Устройство подготовлено для работы в автоматическом режиме. Так как нагрузка электродвигателя в начальный момент пуска равна нулю, то на входе порогового элемента 12 сигнал соответствует максимальному значению. Поэтому на выходе порогового элемента 12, элемента ИЛИ 18, элемента И 9, элемента ИЛИ 16, элемента ЗАПРЕТ 21, элемента И 7 сигнал соответствует единице и пуск Электродвигателя начинается со схемы ЗВЕЗДА, что ограничивает динамические нагрузки на заторможенньай электродвигатель. Затем за счет электромагнитных и электромеханических переходных процессов нагрузка (ток, момент, мощность) электродвигателя достигает величины, соответствующей уровню опускания порогового элемента 12, а на выходе элементов ИЛИ 18 и И 9 сигнал соответствует нулю, что приводит к отключению коммутатора 1 ЗВЕЗДА и включению с выдержкой времени элемента 5 задержки коммутатора 2. Выдержка времени необходима для отключения коммутатора 1 и отстройки от бросков тока включения обмоток по схеме ТРЕУГОЛЬНИК и составляет несколько полупериодов напряжения питающей сети. За время бестоковой паузы нагрузка электродвигателя становится равной нулю и на выходе порогового элемента 12, на входе Х2 элемента И-НЕ 1.3, на входе Х2 элемента И 9 появляется сигнал, соответствующий единице. Но так как выдержка времени элемента 6 задержки значительно больше времени бестоковой паузы,то на выходе элемента И 9,входе XI И-НЕ 13 сигнал соответствует нулю.Поэтому на выходе элемента И-НЕ 13 сигнал соответствует единице и сигнал на включение ко и1мутатора 2 не снимается.После включения коммутатора 2 сигнал на выходе порогового элемента 12 соответствует нулю и пуск продолжается по схеме ТРЕУГОЛЬНИК. Запуск одновибратора 19 не происходит, так как его вход зашунтирован по цепи: выход элемента

ИЛИ 18 - вход Х2 элемента И 9. После разгона электродвигателя до рабочей скорости его нагрузка определяется нагрузкой производственного механизма. При снижении нагрузки электродвигателя или увеличения напряжения на его обмотке либо в результате действия .обоих факторов величина сигнала на выходе элемента 10 сравнения может достичь уровня срабатывания порогового элемента 12 и на его выходе появится сигнал, соответствующий единице. Уровень срабатывания порогового элемента 12 выбирается из соображений повшения энергетических показателей электродвигателя при его работе с недогрузкой при данном напряжении питающей сети. На входе ХЗ элемента ИЛИ 18, входе Х2 элемента И 9 и входе элемента 6 задержки сигнал соответствует единице и происходит запуск элемента 6 задержки. С выдержкой времени элемента 6 задержки сигнал единица появляется на входе XI и выходе элемента И 9. Длительность выдеря ки времени элемента б задержки выбирается с целью отстройки со случайных колебаний нагрузки электродвигателя из сопоставления потерь электроэнергии при переключениях и уменьшением потребления электроэнергии или реактивной мощности при работе электродвигателя, по схеме ЗВЕЗДА. Она может составлять 10-100 си определяется типом электропривода и производственного механизма. После появления сигнала ЕДИНИЦА на выходе элемента И 9 происходит запуск одновибратора 19, отключение коммутатора 2 ТРЕУГОЛЬНИК и включение с выдержкой времени элемента 4 задержки коммутатора 1. В момент включения коммутатора 1 за счет переходных процессов происходи наброс нагрузки и на выходе порогового элемента 12 появляется сигнал Нуль. Но так как на выходе одновибратора 19 сигнал соответствует единице, то сигнал на выходе элемента ИЛИ 18, И 9 тоже единица. Отключение коммутатора 1 не происходит и двигатель работает по схеме соединения обмоток звездой, длительность импульса одновибратора 19 выбирается не меньше длительности протек&ния переходных процессов. При увеличении нагрузки или снижении напряжения питающей сети, либо при одновременном действии этих факторов сигнал на 5 входе порогового элемента 12 достигает уровня отпускания и обмотка двигателя переключается со ЗВЕЗДЫ на ТРЕУГОЛЬНИК без выдержки времени, что исключает опрокидывание электро0 двигателя.Уровень отпускания порогового элемента 12 выбирается из условий экономичности и надежности работы электропривода при соединении обмотки по схеме ЗВЕЗДА по сравнению

5 со схемой ТРЕУГОЛЬНИК при данных напряжении и нагрузке.

При подаче сигнала Стоп, которому соответствуют сигналы Единица на выходах У1 и У2 блока 3 упj. равления, на выходе элементов ЗАПРЕТ 21 и 22 появляются сигналы Нуль. Электродвигатель отключается независимо от того, по какой схеме он до этого работал. При подаче сигнала Вкл.треугольник и отсутствии сигнала Стоп, которому соответствуют сигналы Нуль на выходе У1 и Единица на выходе У2 блока 3 управления, двигатель работает при соединении обмоток по схеме ТРЕ0 УГОЛЬНИК. При подаче сигнала Вкл. звезды и отсутствии сигнгшаСтоп двигатель работает при соединении обмоток по схеме ЗВЕЗДА, которой соответствуют сигналы Нуль на

5 выходе У2 и Единица на выходе У1 блока 3 управления.

Возможен вариант использования устройства для двигателей с нормальной схемой ЗВЕЗДА соединения обмоток.

0 В этом случае меняются местами коммутаторы 1 и 2, а пороги срабатывания и опускания порогового элемента 12 выбираются в соответствии с ожидаемым изменением питающего напряже5

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается нгцдежная

работа электропривода при значительQ ных колебаниях питающего напряжения и выходе из строя логических элементов в одном из каналов переключения обмоток.

га ш

TL slSiL.

I III

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ОБМОТКИ СТАТОРА ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее коммутатор включения обмотки статора электродвигателя по схеме ЗВЕЗДА и коммутатор включения обмотки статора электродвигателя пи схеме ТРЕУГОЛЬНИК, блок управления, три элемента задержки, три элемента и, одни входы которых соединены с выходами соответствующих элементов задержки, а выходы первого и второго элементов И соединены с входами соответствующих коммутаторов, элемент сравнения, датчик нагрузки, выход которого подключен к одному входу элемента сравнения, пороговый элемент, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, элемент И-НЕ, один вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а другой . вход соединен с вторым входом третьего элемента И и входом третьего элемента задержки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и cosf ,в него введены нелинейный блок,датчик напряжения питающей сети,три элемента ИЛИ, одновибратор,второй элемент И-НЕ,два элемента ЗАПРЕТ, причем прямой вход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом первого элемента ИЛИ, другой вход которого подключен к инверсному входу второго элемента ЗАПРЕТ и одному выходу блока управления, выход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с входом первого элемента задержки и вторым входом первого элемента И, инверсный вход первого элемента ЗАПРЕТ соединен с одним входом второго элемента ИЛИ и вторым выходом блока управления, прямой вход второго элемента ЗАПРЕТ подключен к выхо- (Л ду второго элемента ИЛИ, выход второго элемента ЗАПРЕТ подключен к второму входу второго элемента И и входу второго элемента задержки, выход первого элемента И-НЕ подключен к другому входу второго элемента ИЛИ, выход датчика напряжения через нелинейный блок подключен к другому входу элемента сравнения, X) вход одновибратора подключен к вы:о ходу третьего элемента If и одному входу первого элемента ИЛИ, выход САЭ 05 одновибратора соединен с одним входом третьего элемента ИЛИ, другой вход которого подключен . к выходу порогового элемента, а выход соединен с входом первого элемента задержки, соответствующие входы второго элемента И-НЕ соединены с выходами первого и второго элементов задержки, а выход второго элемента И-НЕ подключен к третьим входам первого и второго элементов И.