Устройство для управления асинхронным электродвигателем Советский патент 1992 года по МПК H02P3/22 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для частого включения и отключения от питающей сети асинхронных двигателей.

Известен тиристорный пускатель для асинхронного двигателя, содержащий: встречно-параллельно включенные в каждой фазе тиристоры; блок защиты; схему управления включением тиристоров (см., например, А.А.Поскробко, В.Б.Братолюбов Бесконтактные коммутирующие и регулирующие полупроводниковые устройства на переменном токе Ni.: Энергия, 1978 г., стр. 56-57).

Недостатками известного тиристорного пускателя являются: невозможность контроля величины как пускового момента, так и, при отсутствии исполнительного тормозного устройства, невозможность реализации эффективного торможения, а также - существенные потери в схеме управления силовыми тиристорами. Все это увеличивает потери в пускотормозных режимах как в двигателе, так и в тиристорном пускателе, что ограничивает допустимое число включений в час асинхронного двигателя и пускателя.

Известно также тиристорное пусковое устройство для асинхронных двигателей, содержащее: встречно-параллельно включение в каждой фазе тиристоры и диод; дополнительный тиристор между фазами, а

VI ч

hO 00 00

ND

также задатчик интенсивности разгона; систему импульсно-фазового управления тиристорами, релейную схему управления (см., например, А.А.Поскробко, В.Б.Брато- любов Бесконтатные коммутирующие устройства на переменном токе М.: Энергия, 1978г., стр. 59-60).

Недостатками указанного устройства являются: ограниченное число включений в час двигателя и необходимость регулировок и настроек в схеме управления, что усложняет ее. Ограничение числа включений в час обусловлено неэкономичным электрическим (динамическим)торможением двигате- ля, при котором вся запасенная кинетическая энергия расходуется в двигателе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является ти- ристорный пускатель для асинхронного двигателя, содержащий: встречно-параллельно включенные в каждой фазе тиристоры: блок защиты; кнопочный пост управления и схему управления силовыми тиристорами (см., например, А.А.Чунихин Электрические аппараты М.: Энергоато- миздат, 1988 г., стр. 331-332).

Недостатками указанного устройства являются: невысокая степень заводской готовности, что определяется необходимостью наладки схемы формирования управляющего напряжения на тиристоры и увеличенные потери в двигателе, обусловленные невозможностью регулирования пу- ско-тормозных режимов работы двигателя,

Цель изобретения - повышение степени заводской готовности и уменьшение потерь в двигателе.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для управления асинхронным электродвигателем, содержащее тиристор- ный коммутатор, выполненный в виде трех пар встречно-параллельно включенных тиристоров, одни выводы которого соединены с зажимами для подключения питающей сети, а другие предназначены для подключения к выводам фаз статорной обмотки электродвигателя; блок защиты,1 кнопочный пост управления с двумя замыкающими и одним размыкающим контактами; согласно изобретения, в него введены: формирователи импульсов по числу фаз питающей сети, два блока сравнения, первый, второй и третий блоки разрешения прохождения импульсов, таймер, блок квазичастотного управления, блок распределения импульсов, шесть усилителей мощности; вход каждого из формирователей импульсов соединен с соответствующей им фазой питающей сети, первый выход первого формирователя импульсов соединен с первыми и вторыми входами первого и второго блоков сравнения и с первым входом третьего блока разрешения прохождения импульсов;

второй выход первого формирователя импульсов соединен с третьими и четвертыми входами блоков сравнения и со вторым входом третьего блока разрешения прохождения импульсов; первый выход второго

формирователя импульсов соединен с пятыми и шестыми входами блоков сравнения и с третьим входом третьего блока разрешения прохождения импульсов; второй выход второго формирователя импульсов соединен с седьмыми и восьмыми входами блоков сравнения и с четвертым входом третьего блока разрешения прохождения импульсов; первый выход третьего формирователя импульсов соединен с девятыми и десятыми

входами блоков сравнения и с пятым входом третьего блока разрешения прохождения импульсов, второй выход третьего формирователя импульсов соединен с одиннадцатыми и двенадцатыми входами блоков

сравнения и с шестым входом третьего блока разрешения прохождения импульсов, седьмой вход которого соединен с первым выходом таймера; первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы первого

лока сравнения соединены с соответствующими шестью входами первого блока разрешения прохождения импульсов, седьмой вход которого подключен ко второму выходу таймера; первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы второго блока сравнения соединены с соответствующими шестью входами второго блока разрешения прохождения импульсов, седьмой вход которого соединен с третьим выходом таймера, первый и второй входы которого соединены с одними выводами соответственно размыкающего и первого замыкающего контактов кнопочного поста управления, другие выводы которых обьедийены с одним выводом второго замыкающего контакта и подключены к общей шине устройства, другой вывод второго замыкающего контакта кнопочного поста управления соединен с одним входом блока

квазичастотного управления, другой вход которого соединен с первым выходом первого формирователя импульсов, входы блока распределения импульсов соединены с выходами блока квазичастотного управления, первого, второго и третьего блоков разрешения прохождения импульсов и с выходами блока защиты, а выходы блока распределения импульсов через соответствующие усилители мощности подключены к

управляющим цепям тиристоров коммутатора,

Использование формирователей импульсов из полупериодов фазных напряжений, имеющих естественный сдвиг на 120° и блоков совпадения на дискретных логических элементах позволяет реализовать три фиксированных угла управления силовыми тиристорами равных 0°. 60° и 120°, что, в свою очередь, позволяет получить как ступенчатый пуск, так и (при наличии блока квззичастотного управления) рекуперативное торможение двигателя на большей части диапазона изменения скорости при торможении.. Это уменьшает потери в двигателе в пускотормозных режимах.

Так как ступенчатое регулирование угла управления силовыми тиристорами реализуется схемами на дискретных логических элементах, не требующих дополнительны регулировочных операций, то это повышает степень заводской готовности пускателя.

На фиг. I приведена схема устройства для управления асинхронным двигателем, на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие его работу, а на фиг. 3 - семейство реализуемых механических характеристик асинхронного двигателя.

Устройство для управления асичхро: - ным двигателем содержит: встречно-параллельно включенные тиристоры 1 в каждой фазе источника питания; формирователи импульсов 2, 3, 4 вход каждого из которых соединен с соответствующей фазой источника питания; два блока сравнения 5 и б импульсов; три блока 7, 8, 9 разрешения прхождения импульсов; таймер 10, блок квазичастотного управления 11 (например, -выполненный на основе трехфазного кольцевого счетчика); блок распределения импульсов 12, усилители мощности 13-18; блок защит 19; терморезисторы защиты 20, расположенные в пазах статорной обмотки асинхронного двигателя 21 и подключенные к одним входам блока защит 19.

Блок сравнения 5 импульсов образован шестою .логическими элементами И 22-27, входы каждого из которых подключены к соответствующим выходам формирователей импульсов 2, 3, А, а выходы каждой из шести логических схем И-НЕ 28-33, образующих блок 7 разрешения прохождения импульсов, на другой вход каждой из которых подключен соответствующий выход таймера 10.

Блок сраонешм 5 импульсов образован шестью логическими элементами И 34-39 входы каждой иг которых подключены к соответствующим выходам формирователей импульсов 2, 3, 4, а выходы каждой из которых подключены к одним пходгч каж.эй и шести логических схем -НЕ 40-45, Орязу- ющих блок 8 рггрвшеимя прохождение импульсов, на другой вход каждой из которых подключай соответствующий выход таймера 10.

Блох 9 рэсфзшенич прохождения импульсов образован шпстью логическими элементами М-НЕ 46-51, на один вход каждсй из которых подается соответствующий выход таймера 10, а другой выход каждой из которых соединен с соответствующим выходом формирователей иг. пульсоп 2, 3, 4. Соответствующие выходы всех блоков

7, 8, 9 разрешения прохождения импульсов подключены к одним входам каждой из шести логических схем И 52-57, образующих блок распределения импульсов 12, на другие входы каждой из которых подключены

соответствующие выходы блока квазичастотного управления 11 и блока защит 19.

Выходы блока распределения импульсов 12 через усилители мощности 13-18 соединены с управляющими электродами

зстречно-параллельно включенных тиристоров 1.

Кроме того, устройство для управления асинхронным двигателем содержит кнопочный пост управления 5С, одни концы замыкающего и размыкающего контакгое которого соединены с входами таймер 10, а конец еще одного замыкающего контакта механически сблокированного с размыкающим контактом соединен с одним входом

блока квазичастотноги управления 11, другой вход которого подключен на выход фор- мироазтеля импульсов 2,

На фиг. 2 показаны: трехфазная система питающих напряжений 59; сигналы 60 на

выходах блока квазичастотного управления 11; сигналы 61-66 на соответствующих выходах формирователей импульсов 2, 3, 4 и соответствующие положительным и отрицательным полупериодам питающего напряжения каждой фазы; сигналы 67-72 на соответствующих выходах блока сравнения 5 импульсов; сигналы 73-78 на соответствующих выходах блока сравнения 6 импульсов; сигналы 79-84 на соответствующих

выходах блока 9 разрешения прохождения импульсов; сигналы 85 на выходах логических элементов И 52, 53 при работе блока квазичастотного управления 11 и сигналы 86 напряжений в этом случае на нагрузке,

например, для фазы А.

На фиг. 3 показаны: естественная механическая характеристика 87 асинхронного двигателя; механические характеристики 88, 89 при ступенчатом пуске асинхронного

двигателя; механическая характеристика 90 при торможении.

Устройство для управления асинхронным двигателем работает следующим образом (см. фиг. 1, фиг. 2, фиг, 3).

При подаче силового напряжения на встречно-параллельно включенные тиристоры 1 на выходах формирователей импульсов 2, 3, 4 имеют место сигналы 61-66, которые подаются на соответствующие входы блоков сравнения 5, б импульсов, а также - блока 9 разрешения прохождения импульсов. Блоки 5, 6 сравнения импульсов обеспечивают сравнение прямоугольных импульсов, соответствующих положительным и отрицательным полупериодам трехфазной системы питающих напряжений, имеющих естественный сдвиг по фазе (сигналы 59). Например, на входе логического элемента И 22 сравниваются импульсы, соответствующие положительным полупериодам фазы А и положительным полупериодам фазы В, а па входе логического элемента И 34 сравниваются импульсы, соответствующие положительным пйлупе-. риодам фазы А и отрицательным полупсри- одам фазы С. В результате, на выходах блоков сравнения 5 и 6 импульсов формируются импульсы (например, сигналы 67 и 73) имеющие фиксированный сдвиг 120° и 60° и которые использованы для управления встречно-параллельно включенными тиристорами 1. Например, для выше рассмотренных, случаев, для тиристора в фазе А работающего в положительные полупсрио- ды фазного напряжения. Для остальных тиристоров формирование импульсов управления отражено сигналами 68-72 и 74-78.

Таким образом, при подаче силового напряжения на встречно-параллельно- включенные тиристоры 1 и при замыкании замыкающего контакта кнопочного поста управления 58, на соответствующем выходе таймера 10 появляется логический сигнал единица, разрешающий прохождение импульса управления со сдвигом 120° через блок разрешения прохождения импульсов и, далее, через блок распределения импульсов 12 и через усилители мощности 13-18 на встречно-параллельно включенные тиристоры 1. К асинхронному двигателю 21 прикладывается пониженное напряжение, и он обеспечивает пуск в соответствии с механической характеристикой 88, Через фиксированную выдержку времени (определяется временем пуска, задается заранее) на следующем выходе таймера 10 появляется логический сигнал единица, который разрешает прохождение, через блок 8 разрешения прохождения импульсов, импульсов управления с выхода блока сравнения 6 импульсов, но имеющих сдвиг 60°, которые по той же связи поступают на встречно-параллельно включенные тиристоры 1 и обеспечивают переход асинхронного двигателя 21 на механическую характеристику 89. Через следующую фиксированную выдержку времени г (определяется аналогично ti) на

третьем выходе таймера 10 появляется логический сигнал единица, разрешающий прохождение импульсов управления через блок 9 разрешения прохождения импульсов, на который, в отличие от блоков 7 и 8

разрешения прохождения импульсов, подаются импульсы с выходов формирователей импульсоо 2, 3, 4 и имеющие 0° сдвиг по фазе, Например, для тиристоров работающих в положительные полупериоды фазы А.

сигналы 62..Эти импульсы, поступая опять же через блок сравнения и распределения импульсов 12 и через усилители мощности 13-18 на встречио-пзраллелыю включенные тиристоры 1, обеспечивают переход

асинхронного двигателя 21 на естественную характеристику 87, запершая процесс пуска,

При размыкании размыкающего контакта кнопочног о поста управления 58 логика изменения уровней сигналов на выходах таймера 10 обратная. Исчезает разрешающая единица на последнем выходе таймера 10 и импульсы управления на встречно-параллельно включенных тиристорых 1 становятся сдвинутыми на 60°. Одновременно запускается в работу (замыкается размыкающий контакт механически сблокированный с первым размыкающим контактом кнопочного поста

управления 58) блок квазичастотного управления 11 (трехфазный кольцевой счетчик с фиксированным коэффициентом пересчета). На соответствующих входах блока сравнения и распределения импульсов 12 с

частотой, определяемой фиксированным коэффициентом пересчета (например, 1:3) появляются последовательности модулирующих импульсов (сигналы 60), определяющих частоту импульсов управления на

управляющих электродах встречно-параллельно включенных тиристоров 1, а значит, частоту таким образом-сформированного и регулируемого на фазах асинхронного двигателя 21 напряжения (сигналы 86, например, для фазы А),

В результате асинхронный двигатель 21 переходит на характеристику 90,. обеспечивая на большей части пути торможения рекуперацию энергии.

Через фиксированные выдержки времени ta и t4 на остальных выходах таймера 10 исчезает логический уровень единица и двигатель останавливается.,

При срабатывании блока защит 19 (защита от перегрузки, например, с использованием терморезисторов 20) на соответствующих входах блока сравнения и распределения импульсов 12 отсутствует логическая единица и устройство не работает.

Использование ступенчатого пуска и рекуперативного торможения на большей части пути торможения уменьшает потери в асинхронном двигателе, а формирование импульсов управления с фиксированным моментом подачи на дискретных логических элементах исключает необходимость настроек и регулировок, что увеличивает степень заводской готовности устройства.

Таким образом, применение изобретения позволяет сформировать импульсы управления для силовых тиристоров с фиксированными углами их сдвига в 0 °. 60 °, 120°, что обеспечивает регулируемый пуск асинхронного двигателя и рекуперативное торможение с помощью блока квазичастотного управления на большей части пути тор- . Это уменьшает потери в асинхронном двигателе в пускотормозных режимах.

Формирование импульсов управления с фиксированными углами их сдвига на дискретных логических элементах не требует дополнительных настроек и регулировок, т.е. увеличивает степень заводской готовности устройства.

Формул а изобретени я

1. Устройство для управления асинхронным электродвигателем, содержащее тири- сторный коммутатор, выполненный в виде трех пар встречнопараллельно включенных тиристоров, одни выводы которого соединены с зажимами для подключения питающей сети, а другие предназначены для подключения к выводам фаз статорной обмотки электродвигателя, блок защиты, кнопочный пост управления с двумя замыкающими и одним размыкающим контактами, отличающее с я тем, что, с целью повышения степени заводской готовности и уменьшения потерь в двигателе, в него введены формирователи импульсов по числу фаз питающей сети, два блока сравнения, первый, второй и третий блоки разрешения прохождения импульсов, таймер, блок квазичэстотного управления, блок распределении импульсов, шесть усилителей мощности, вход каждого из формирователей импульсов соединен с соот ветствующей им зажимом для подключений фазой питающей сети, первый выход первого формирователя импульсос соединен с первыми и вторыми входами перзего и второго блоков сравнения и с первым вхо- 5 дом третьего блока разрешения прохождения импульсов, второй выход первого формирователя импульсов соединен с третьим и четвертыми входами блоков сравнения и с вторым входом третьего блока

0 разрешения прохождения импульсов первый выход второго формирователя импульсов соединен с пятыми и шестыми входами блоков сравнения и с третьим входом третьего блока разрешения прохождения им5 пульсов. второй выход второго формирователя импульсов соединен с седьмым и восьмым входами блоков сравнения и с четвертым входом третьего блока разрешения прохождения импульсов, первый вы0 ход третьего формирователя импульсов соединен с девятыми и десятыми входами блоков сравнения и с пятым входом третьего блока разрешения прохождения импульсов, второй выход третьего формирователя

5 импульсов соединен с одиннадцатым и двенадцатым входами блоков сравнения и с шестым входом третьего блока разрешения прохождения импульсов, седьмой вход которого соединен с первым выходом тайме0 ра, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой выходы первого блока срав нения соединены с соответствующими шестью входами первого блока разрешения прохождения импульсов, седьмой вход ко5 торого подключен ко второму выходу таймера, первый - шестой выходы второго блока сравнения соединены с соответствующими шестью входами второго блока разрешения прохождения импульсов, седьмой вход-ко0 торого соединен с третьим выходом таймера, первый и второй входы которого соединены с одними выводами соответственно размыкающего и первого замыкающего контактов кнопочного поста

5 управления, другие выводы которых объединены с одним выводом второго замыкающего контакта и подключены к общей шине устройства, другой вывод второго замыкающего контакта кнопочного поста управле0 ния соединен с одним входом блока квазичастотного управления, другой вход которого соединен с первым выходом первого формирователя импульсов, входы блока распределения импульсов соединены с

5 выходами блока квазичастотного управления, первого, второго и третьего блоков разрешения прохождения импульсов и с выходом блока защиты, а выходы блока распределения импульсов через соответствующие усилители мощности подключены к управляющим цепям тиристоров коммутатора.

2.Устройство по п. 1,отличающееся тем. что каждый из блоков сравнения выполнен в виде шести логических элементов 2И, входы и выходы которых образуют соответствующие входы и выходы блоков сравнения.

3.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что каждый из блоков разрешения

0

прохождения импульсов выполнен в виде шести логических элементов 2И-НН, первые входы и выходы которых образуют соответственно первый - шестой входы и выходы блоков разрешения прохождения импульсов, а вторые входы всех логических элементов 2И-НЕ объединены и образуют седьмой вход блока разрешения прохождения импульсов.

Использование в асинхронных электроприводах, в частности, в текстильной промышленности, конвейерных установках, в сельском хозяйстве. Сущность изобретения заключается в том, что позволяет получить управляемые пуско-тормозкые режимы асинхронного двигателя, а также повысить заводскую степень готовности устройства. АД подключается к питающей сети посредством встречно-параллельно включенных в каждой фазе тиристоров. Импульсы управления тиристоров с фиксированными углами сдвига 0.60 и 120° формируются схемами сравнения на дискретных логических элементах за счет естественного сдвига по фазе фазных напряжений трехфазного источника питания, что позволяет обеспечить как управляемый пуск электродвигателя, так и при наличии блока квазичастотного управления рекуперативное торможение на большей части диапазона изменения пути торможения. Использование дискретных логических элементов при построении схемы управления силовыми тиристорами устраняет необходимость дополнительных настроек и регулировок. 3 ил. (Л

О. U. Uc

JCIZ1.

ZL

TL

XL

l

J

XL

XL

XL

-J7 Фиг.2.

7750

Фиг.3