Устройство для управления асинхронным электродвигателем

 

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

СОЮЗ СОВЕ П КИХ

СОЦИЛЛ ИС1 ИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Н 02 P 3/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4780121/07 (22) 08.12.89 (46) 3.0,10.92. Бюл. (ч 40 (71) Могилевский машиностроительный институт (72) А.С.Коваль, Д,)-(.Балашов и Б.Б.Скарыно (56) A.À,Ïoñêðîáêî, В.Б.Браголюбов "Бесконтактные коммутирующие и регулирующие устройства на переменном токе", M.:

"Энергия", 1978 г., с. 59 — 60.

А,А,Чунихин "Электрические аппараты", М.; Энергоатомиздат, 1988 г., с. 331—

332. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ (57) Использование в асинхронных злектроприводах, в частности, в текстильной промышленности, конвейерных установках, в сельском хозяйстве. Сущность изобретения заключается в том, что позволяет получить

Изобретение относится к электротехнике и мо>кет 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" Е(.: Энергия, 1978 г., стр, 56-57).

Недостатками известного тиристорного пускателя являются; невозможность конт„„SU „„1772882 Al управляемые пуско-тормозные 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 О, 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. роля величины как пускового момента, так и, при отсутствии исполнительного тормозного устройства, невозмо>кность 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

1772882

20 тиристарами (см., например, А.А.Чунихин .25

"Электрические аппараты" M.: Энергоатомиздат, 1988 г., стр. 331 — 332).

35

50

55 также задатчик интенсивности разгона; систему импульсно-фазового управления тиристорами, релейную схему управления (см., например, А.А.Поскробко, В.Б.Братолюбов "Бесконтатные коммутирующие устройства на переменном токе" М.: Энергия, 1978 г., 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 двигателя, при котором вся запасенная кинетическая энергия расходуется в двигателе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является тиристорный пускатель для асинхронного двигателя, содержащий: встречно-параллельно включенные в каждой фазе тиристоры: блок защиты; кнопочный пост управления и схему управления силовыми

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 пуско-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 тиристорный 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„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 форми5

10 рователя 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 лака 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 объединены 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

1772882

2 ъ

36

Зо

55 управля>щим цепям TwpwcTGpoB коммутатора, Использование формирователей им пульсов из полупериодов фазных напря>кений, имеющих естественный сдвиг на 120О и блоков совпадения на дискретных логических элементах позволяет реализовать три фиксированных угла управления силовыми тиристорами равнь!х 0о 60о vi.120о свою очередь, поэвогяет получить как ступенчатый пуск, так и (при наличии блока кназичастотного управления) рекуперативное торможение двигателя на большей части диапазона изменения скорости при торможе!!и! !.. Эта уменьшает потери в двигателе в пускотармозных режимах.

Так как ступе!!чатае регулирование угла управления силовыми тиристорами реализуЕтся схемами на дискретных логических элементах, не требующих дополнительных регулировочных операций, то это повышает степень завадской гота насти гускателя.

На фиг. 1 приведена схема устройства для управления асинхаонным двигателем, на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие его работу, а на фиг. 3 — семейство реализуемых механических характеристик асинхронного двигателя. устройства для управления асинхро:!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 6 импульсов; три блока 7. 8, 9 разрешения прхождения импульсов; таймер 10, блок квазичастотного управления 11 (например, .выполненный на основе трехфазного кольцевого счетчика); блок распределения импульсон 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 ",9.

Блок сравнения 5 импульсов образован шестью. логическими элементами И 22-27, входы каждого из которых подключены к соответствующим выходам формирователей импульсов 2, 3, 4, а выходы каждой из шести логических схем "И-НЕ" 28 — 33, образу!ощих блок 7 разрешения прохождения импульсов, на другой вход каждой из которых подключен соответству!ощий выход таймера 10.

Блок сраннени;.. 6 импульсов образован шестью логическими элементами И 34-39 входы каждой из которых подключены к соответствующим выходам формирователей импульсов 2, 3, 4, c=. выходы каждой из которых подключень! х ад!! им входе каж Зй !",з шести лог! ческих схем -НЕ 40-45, .бразующих блок 8 разрешен!!я пр!>хожден!!я ы., !пульсов, на другой вход ка>кдой из которых подк.. очей соответстну!ощий выход таймеpd iO.

Блох 9 разрешены!! прохождения импульсов образован шестью логическими элементами И-НЕ 46-51, на один вход каждой из которых подается соответстнующий выход таймера 10, а другой выход каждой иэ которых соединен с соотнетстну!ощим выходом формирователей импульсов 2, 3, 4.

Соответствующие выходы всех блоков

7, 8, 9 разрешенйя прохождения импульсов подкл очены K одним входам каждой из шести логических схем И 52-57, образующих блок распределения импульсов 12, на другие входы каждой из которых падкл!очены соответствующие выходы блока кназичастотного управлени> 11 и блока защит 19.

Выходы блока распределения импульсов 12 через усилители "îùíîñòè 13-18 соединены с управляющими электродами встречно-параллельно включенных тиристорон 1. (роме того, устройство для управления аси! хронным двигателем содержит кнопочный пост управления 58, адни концы замыка!ощего и размыкающего кантакгаг: которого соединены с входами таймера 10, а конец еще одного з;.мыка!ащего контакта механически сблокирананного с размыка!ощим контактом соединен с одним входом блока квазичастотногo управления 11, другой нход которого подключен на выход формирователя импульсон 2;

На фиг. 2 показаны: трехфазная система питающих напряжений 59; сигналы 60 на выходах блока квазичас-отного управления

11; сигналы 61 — 66 на соответствующих выходах формировате!!ей импульсов 2, 3, 4 и соответствующие псложительным и отрицательным полупериодам питающего напряжения каждой фазы; сигналы 67-72 на соответству!ощих выходах блока сравнения

5 импульсов; сигналы 73 78 на соответствующих выходах блока сравнения 6 импульсон; 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

1772882

25 >0

50 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, Э, 4 имеют место сигналы 61-66, которые подаются на соответствующие входы блоков сравнения 5, 6 импульсов, а также — блока 9 разрешения прохождения и лг1ульсов. Блоки 5, 6 сравнения импульсов обеспечивают сравнение прямоугольных импульсов, соответствующих поло>китепьным 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 на входе логического элемента "И" 34 сравниваются импульсы, соответствующие положительным полупе-. риодам фазы А и отрицательным полупериодам фазы С. В результате, на выходах блоков сравнения 5 и 6 импульсов формируются импульсы {например, сигналы 67 и 73) имеющие фиксированный сдвиг и f20 и 60 и которые использованы для управления встречно-параллельно включенными тиристорами 1. Например, для выше рассмотренных случаев, дпя тиристора в фазе А работающего в положительные полупериоды 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 эамыкаюгцего контакта кнопочного поста управления 58, на соответствующем выходе таймера 10 появляется логический сигнал

"единица", разрешающий прохождение импульса управления со сдвигом 120 через блок 7 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 2! прикладывается пониженное напряжение, и он обеспечивает пуск в соответствии с механической характеристикой 88, Через фиксированную выдержку времени t (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 >ке связи поступают на встречно-параллельно включенные тиристоры 1 и обеспечивают переход асинхронного двигателя

21 на механическую характеристику 89. Через следующую фиксированную выдержку времени !2 (определяется аналогично t1) 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 импульсов 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 встречно-параллельно включенные тиристоры ), обеспечивают переход асинхронного двигатепл 21.на естественную характеристику 87, завершая процесс пуска.

При размыкании размыкающего контакта кнопочного поста управления 58 логика изменения уровней сигналов на выходах таймера f 0 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 KQHTBKT механически сблокированный с первым раэмыкающим когITGKTQM кнопочног0 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 управляющик 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..

1772882

5

1О

30

Через фиксированные выдержки времени тз и т4 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 регулиронок, что увеличивает сте-. пень заводской готовности устройства.

Таким образом. применение изобретения позволяет сформировать импульсы управления для силовых тиристоров с фиксированными углами их сдвига в 0, 60, 120О, что обеспечивает регулируемый пуск асинхронного двигателя и рекуперативное торможение с помощью блока квазичастотного управления на большей части пути тормох<ения. Зто 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.

Формула изобретения

1. Устройстводля управления асинхронным электродвигателем, содержащее тиристорный 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 фаэ статорной обмотки электродвигателя, блок защиты, кнопочный пост управления с двумя замыкающими и одним размыкающим контактами, отл и ч а ющ е е 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 кваэичастотного управления, блок распределения импульсов,. шесть усилителей мощности, вход каждого из формирователей импульсов соединен с соответствующей им зажимом для подключений 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 третьим и четвертыми входами блоков сравнения и с 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 седьмым и восьмым 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 одиннадцатым и двенадцатым 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 блока срав: нения соединены с соответствующими шестью входами первого блока разрешения прохождения импульсов, седьмой вход которого подключен ко второму выходу таймера, первый — 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 объединены 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 выходом блока защиты, а выходы блока распределения импульсов через соответствую11

1772882 щие усилители мощности подключены к управляющим цепям тиристоров коммутатора.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый из блоков сравнения выполнен в виде шести логических элементов 2И, 5 входы и выходы которых образуют соответствующие входы и выходы блоков сравнения.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что каждый из блоков разрешения 10 прохождения импульсов выполнен в виде шести логических элементов 2И-НЕ, 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.

1772882 вл ы3с

Р Р

Фиг 2

Составитель Б.Скарыно

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т.Вашкович

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3850 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5