Устройство для пуска асинхронного двигателя Советский патент 1990 года по МПК H02P7/63 H02M7/515 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано в асинхронном электроприводе при реализации прямого пуска.

Целью изобрете ия является повышение функциональной надежности путем обеспечения коммутационной устойчивости инвертора в переходных режимах.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - графики, иллюстрирующие его работу.

Устройство содержит асинхронный двигатель 1, автономный инвертор 2 тока с вентильно-реакторным компенсирующим блоком 3, основную батарею 4 коммутирующих конденсаторов, малую

секцию 5 и большую секцию 6 пусковой батареи конденсаторов. В цепь компен- сатора 3 включен датчик 7 тока, выход которого через блок 8 выделения амплитуды подключен к прямому входу компаратора 9, инверсный вход которого соединен с источником 10 опорного напряжения, а выход подключен к информационному входу исполнительного элемента 11, состоящего из подключенной к источнику питания цепочки последовательно соединенных транзистора 12, катушки реле 13 и блок-контакта 14 с задержкой на замыкание контактора 15. К выходу автономного инвертора 2 тока основная коммутационная батарея 4 и компенсатор 3 подотоо ю Ьэ

ключены непосредственно, асинхронный двигатель 1 - через силовую группу контактов 16 первого контактора 15, имеющего блок-контакты 14, 17-19, малая секция 5 - через силовую группу контактов 20 второго контактора 21, имеющего блок-контакты 22 и 23, большая секция. 6 - через силовую группу контактов 24 третьего контактора 25, имеющего блок-контакты 26-28. В состав устройства входят также реле времени 29-31 е контактами 32-34 соответственно, кнопки управления Пуск 35 и Стоп 36. Промежуточное реле 13 имеет нормально замкнутый контакт 37, включенный между катушкой третьего контактора 25 и соединенными между собой одними выводами контактом 32 первого реле времени 29 и блок-контактом 26 третьего контактора 25, другие выводы которых также объединены и подключены к первой шине питания, к которой подключены также одни выводы кнопки Пуск 35 и блок-контакта 22 второго контактора, другие выводы которых объединены И через контакт 34 с задержкой на размыкание третьего реле времени подключены к первому выводу катушки 21 второго контактора. Блок-контакт 23 второго контактора включен между первой шиной питания и через нормально -замкнутый блок-контакт 19 первого контактора первым выводом катушки 29 первого реле времени. Блок-контакт 27 третьего контактора включен между первой шиной питания и первым выводом катушки 30 второго реле времени. Одни из выводов контакта 33 с задержкой на замыкание второго реле времени и нормально разомкнутого блок-контакта 17 первого контактора объединены и подключены к первой шине питания, другие выводы которых также объединены и через кнопку управления Стоп 36 подключены к первому выводу катушки 15 первого контактора. Последо-, вательно соедийенные нормально замкнутый блок-контакт 28 третьего контактора и нормальна разомкнутый контакт 18 первого контактора включены между первой шиной питания источника и первым выводом катушки 31 третьего реле времени, второй вывод которой соединен с вторыми выводами катушек 29 и 30 первого и второго реле времени, первого 15, второго 21 и третьего 25 контакторов и подключен к второй шине питания.

Сущность алгоритма управления пусковой конденсаторной батареей при пуске асинхронного двигателя от автономного инвертора тока с вентильно- реакторным компенсирующим блоком заключается в следующем.

Алгоритм предполагает осуществление прямого пуска асинхронного двига- Q теля от автономного инвертора тока. Для этого суммарная величина основной и пусковой конденсаторных батарей должна обеспечивать коммутационную устойчивость инвертора при пря- , мом пуске от него асинхронного двигателя. По окончании запуска двигателя осуществляется уменьшение коммутирующей батареи конденсаторов до величины (условно называемой основной), необходимой для обеспечения коммутационной устойчивости инвертора в номинальном режиме работы двигателя. Пусковая конденсаторная батарея разделена на две неравные части: услов- е но малую и условно большую, составляющие соответственно 10-15% и 85- 90% от пусковой батареи. Перед пуском двигателя сначала к выходу инвертора подключают малую часть пусковой батареи, а затем по окончании переходного процесса (время протекания которого равно 6-10 интервалам работы инвертора) большую часть пусковой батареи и через такой же промежуток времени подключают двигатель.

5 I

При этом ток вентильно-реакторно- го компенсирующего устройства резко падает и по мере разгона двигателя нарастает. При разгоне двигателя до номинальной скорости ток компенсатора становится равным наперед заданной величине, в этот момент вырабатывается сигнал на отключение большой секции пусковой батарей конденсаторов, малая же ее часть отключается по окончании переходного процесса отключения большой секции и при достижении установившегося режима двигателя. Так как малая секция

0 пусковой конденсаторной батареи не играет существенной роли в загрузке компенсирующего устройства, то отключение ее можно производить через достаточно большой промежуток вре5 мени (через 10-15 периодов выходного напряжения инвертора), обеспечивая тем самым гарантированное окончание переходного процесса запуска двигателя и отключения большой секции.

0

0

5

Устройство работает следующим образом.

Положение контактов на схеме показано для случая, когда инвертор работает на холостом ходе, т.е. на выходных зажимах инвертора сформирован кривые напряжения номинальной амплитуды, заданной частоты и нужного количества фаз. Двигатель и пусковая конденсаторная батарея от сети отключены.

При нажатии на кнопку управления Пуск 35 питание подается на катушк 1 второго контактора, последний ера батывает, блок-контактом 22 встает на самоблокировку, силовой группой контактов 20 подключает к выходу инвертора малую секцию 5 пусковой батареи конденсаторов, а блок-контак- том 33 подключает к источнику питания катушку 29 первого реле времени. Через заданный интервал времени, равный времени переходного проц-есса подключения секции 5, контакт 32 рел

29замыкается и подает питание на катушку 25 второго контактора. Послений срабатывает, блок-контактом 26 встает на самоблокировку, силовой группой контактов 24 подключает большую секцию 6 пусковой батареи конденсаторов к выходу инвертора 2, бло контактом 28 разрывает цепь питания катушки 31 третьего реле времени, а блок-контактом 27 подключает катушку

30второ о реле времени к источнику питания. По истечении времени переходного процесса подключения секции 6, задаваемого реле 30, контакт 33 последнего подает питание на катушку 15 первого контактора. Последний срабатывает, блок-контактом 17 встает на самоблокировку, блок-контактом 18 подготавливает цепь питания катушки 31 третьего реле времени, блок-контактом 19 разрывает цепь питания катушки 29 первого реле времени, силовой группой контактов 16 подключает асинхронный двигатель 1 к выходу инвертора 2, а блок-контактом 14 с задержкой подготавливает цепь питания реле 13 исполнительного элемента 11. Начинается процесс разгона двигателя.

Перед подключением двигателя реактивную мощность основной и обеих секций пусковой конденсаторной батареи потребляет вентильно-реакторное компенсирующее устройство 3. Сигнал, пропорциональный амплитуде тока ком

0

г 0 5

пенсатора 3, выделяемый цепью датчика 7 тока и блока 8 выделения амплитуды, превышает сигнал, поступающий от источника 10 опорного напряжения, на выходе компаратора 9 присутствует уровень напряжения, достаточный для срабатывания исполнительного элемента 1 1, однако последний не срабатывает, так как блок-контакт 14 разрывает цепь питания. После подключения двигателя 1 ток компенсатора 3 примерно в течение полупериода выходной частоты спадает до минимума и на выходе исполнительного элемента 11 появляется запрещающий сигнал, после чего контактом 14 на реле 13 подается потенциал с источника питания и последнее срабатывает сразу же по приходе на базу транзистора 12 положительного сигнала. Таковой появляется на выходе компаратора 9 после разгона двигателя 1 и нарастания тока компенсатора 3 выше заданного значения вследствие высвобождения реактивной мощности коммутирующих конденсаторов 4-6. При срабатывании реле 14 контакт 37 последнего разрывает цепь питания катушки 25 третьего контактора, который силовой группой контактов 24 отключает секцию 6, а блок-контактом 28 подключает катушку 31 треттего реле времени к источнику питания. По окончании переходного процесса отключения сек- 5 ции 6 и достижении двигателем 1 установившегося режима (время указанных процессов задается реле 31) контакт 34 реле 31 разрывает цепь питания катушки 21 второго контактора, 0 который силовой, группой контактов 20 отключает малую секцию 5 от выхода инвертора

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет значительно облег- . 5 чить процесс отключения пусковой конденсаторной батареи от инвертора тока после запуска асинхронного двигателя, что существенно повышает функциональную надежность работы 0 электропривода.

Результаты исследований предлагаемого устройства на математической модели инвертора с трехдроссельной схемой компенсации, работающего на 5 асинхронный двигатель, представлены на фиг. 2. При расчете приняты следующие параметры схемы замещения: f 50 Гц; Urf 500 В; L 20 мГ; L 2 мГ; R ,( R.J 0,2 Ом; С

0

230 мкФ на фазу при соединении в звезду; АС /1C- + JCM 770 мкФ, где Cg- - емкости соответственно большой и малой секций пусковой конденсаторной батареи; f, Uj - выходная частота и напряжение; L,, Lq - индуктивности сглаживающего дросселя и компенсатораj Rj, их активные сопротивления,- С - ем- Јость основной конденсаторной батареи. Используют двигатель марки 4А-112 М4 при номинальной нагрузке на валу последнего.

На фиг. 2 представлены зависимое- фи минимального значения времени, Предоставляемого тиристору для вос- 1тановлени-я запирающих свойств в течение переходного процесса отключе- секции, от кратности емкостей большой и малой секций пусковой батарей. Кривая А характеризует зависимость ffljMMH fCdCgVdC) при отключе- цин большой части пусковых конденсаторов на 53-м интервале работы инвер- тора с момента подключения двигателя. f}a кривых В и С представлены те же Зависимости при отключении малой части пусковых конденсаторов соответственно на 87-м и 102-м интервалах ра- б;оты. Линия D показывает значение вре в|ремени восстановления te при установившемся режиме работы инвертора после отключения пусковой батареи.

При отключении на 53-м интервале работы сразу всей пусковой батареи происходит срыв инвертирования, т.е. при .dCg./dC - mtfi - 0 (кривая А сливается с осью абсцисс). При отключении всей батареи пусковых конденсаторов на 87-м Интервале (:&мим 220 мкс (кривая В при UCS/AC -+0). Дальнейшее увеличение номера интервала отключения пусковой батареи практически не ведет к возрастанию t миипри отключении сразу всей пусковой батареи. Разделение пусковой батареи на две неравные части (фиг.2) можно добиться

С8л.ин 58° мкс (ПРИ d V/jCM 6,6). Для данных параметров инвертора, компенсатора и двигателя наиболее целе- сообразно кратность дСу/лСм принимать равной 3-9.

Предлагаемое устройство позволяет отключать основную часть пусковой батареи конденсаторов после разгона двигателя ввиду относительно низкой Кратности отключаемой и остающейся части коммутирующих конденсаторов.

0

5

0

5

При отключении малой части пусковой батареи кратность отключаемой и остающейся части коммутирующих конденсаторов также относительно мала и, следовательно, переходный процесс ее отключения достаточно мягок. Кроме того, в отличие от известных предлагаемое устройство позволяет отключать вторую секцию через сколь угодно большой промежуток времени после отключения первой, который необходим для затухания переходного процесса пуска двигателя и отключения первой секции, и исключить опасное накладывание двух или даже трех переходных процессов, что также повышает коммутационную устойчивость инвертора.

Формула изобретения Устройство для пуска асинхронного двигателя, содержащее автономный инвертор тока с основной батареей коммутирующих конденсаторов и вентиль- но-реакторным компенсирующим блоком, пусковую батарею коммутирующих конденсаторов, датчик тока компенсации, исполнительный элемент в виде последовательно соединенных полупроводникового ключа и катушки промежуточного реле, первый контактор с силовой группой контактов для подключения асинхронного двигателя и двумя замыкающими блок-контактами, первый из которых выполнен с задержкой на замыкание, второй контактор с силовой группой контактов и замыкающим блок- контактом, третий контактор с силовой группой контактов и замыкающим блок-контактом, реле времени, имеющее контакт с задержкой на замыкание, кнопки управления Пуск и Стоп, при этом основная батарея коммутирующих конденсаторов подключена к выходу инлертора непосредственно, а вен- тильно-реакторный компенсирующий блок - через датчик тока, выводы кнопки управления Пуск соединены с выводами второго контактора, одни из выводов второго блок-контакта первого контактора, блок-контакта второго контактора и блок-контакта третьего контактора объединены между собой, соединены с одним выводом кнопки управления Пуск и подключены к первой шине питания, а вторые выводы катушек первого, второго и третьего контакторов и реле времени объединены

Qijs.f

1600

ta МКС O

im

ЛСд 1 I 3 it 5 6 1 8 9 Ю 11 12 АС„

Фиг. I

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и может быть использовано в асинхронном электроприводе при реализации прямого пуска. Целью является повышение функциональной надежности путем обеспечения коммутационной устойчивости инвертора в переходных режимах. Устройство содержит тиристорный инвертор 2 с основной батареей коммутирующих конденсаторов 4, вентильно-реакторный компенсирующий блок 3 и две секции пусковых конденсаторов 5, 6. Благодаря соответствующему алгоритму управления, реализуемому блоком релейно-контактной автоматики, в устройстве осуществляется безболезненное отключение основной части пусковой батареи конденсаторов после разгона двигателя. При отключении малой части пусковой батареи переходный процесс отключения достаточно мягок. 2 ил.