Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя

 

Использование: для динамического торможения в электроприводах в различных отраслях промышленности. Технический результат заключается в обеспечении точности торможения и надежности работы устройства. Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя содержит контактор с катушкой с четырьмя замыкающими и одним размыкающим контактами, кнопку “СТОП”, кнопку “ПУСК”, управляемый выпрямитель, датчик ЭДС вращения, и усилитель-ограничитель. Новым в устройстве является введение блока дифференцирования, блока задания, блока сравнения и блока управления управляемым выпрямителем, выход датчика ЭДС вращения через размыкающий контакт контактора подсоединен к входу блока дифференцирования, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход усилителя-ограничителя подсоединен к входу блока задания, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, выход которого через блок управления управляемым выпрямителем подсоединен к управляющему входу управляемого выпрямителя. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано для динамического торможения в электроприводах в различных отраслях промышленности.

Известно устройство для динамического торможения асинхронного электродвигателя, содержащее тиристорный коммутатор в цепи обмотки статора и блок управления коммутатором, состоящий из последовательно соединенных двух конденсаторов и резисторов с подключением средней их точки к управляющим электродам тиристоров [1].

Недостатками известного устройства являются низкая точность торможения и низкая надежность работы устройства.

Известно устройство для динамического торможения асинхронного электродвигателя, содержащее тиристорные коммутаторы, подключенные к двум обмоткам статора, и тиристор, шунтирующий его две обмотки, трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного тока, а четыре вторичные обмотки через диоды подключены к управляющим электродам тиристоров коммутаторов, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, параллельно соединенные резистор и конденсатор, одной обкладкой соединенный с отрицательным полюсом выпрямителя, а другой обкладкой соединенный через диоды с управляющим электродом тиристора коммутатора и с управляющим электродом шунтирующего тиристора, катоды которых соединены с положительным полюсом выпрямителя [2].

Недостатками указанного устройства являются низкая точность торможения и низкая надежность работы устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению является устройство для динамического торможения асинхронного электродвигателя, содержащее трансформатор тока, контактор с катушкой с четырьмя замыкающими и двумя размыкающими контактами, три замыкающих контакта контактора первыми выводами предназначены для подключения к трем фазам источника питания, а вторые выводы первого и второго замыкающих контактов предназначены для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя, один вывод кнопки “СТОП” предназначен для подключения к фазе источника питания, другой вывод кнопки “СТОП” через кнопку “ПУСК”, шунтированную четвертым замыкающим контактом контактора, подключен к одному выводу катушки контактора, другой вывод катушки контактора предназначен для подключения к нулю источника питания, управляемый выпрямитель, выход которого предназначен для подключения к двум фазам обмотки статора, генератор пилообразного напряжения, датчик ЭДС, усилитель-ограничитель, источник опорного напряжения, блок суммирования, формирователь прямоугольных импульсов, блок преобразования и хранения тока статора, вход которого подключен к выходу трансформатора тока, первый вход которого предназначен для подключения к третьей фазе обмотки статора электродвигателя, а второй трансформатор тока подключен ко второму выводу третьего замыкающего контакта контактора, входы датчика ЭДС предназначены для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя, а выход через первый размыкающий контакт контактора соединен с входом усилителя-ограничителя, выход которого подсоединен к управляющим входам формирователя прямоугольных импульсов и генератора пилообразного напряжения, первый вход которого подключен ко второму выводу третьего замыкающего контакта контактора через размыкающий контакт контактора, а второй вход генератора пилообразного напряжения предназначен для подключения к нулевому проводу источника питания, первый и второй входы блока суммирования соединены соответственно с выходами блока преобразования и хранения тока статора и источника опорного напряжения, а выход подключен к первому информационному входу формирователя прямоугольных импульсов, второй информационный вход которого подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя [3].

Однако указанное устройство имеет низкую точность торможения и низкую надежность работы устройства, обусловленные влиянием динамических бросков тормозного момента и динамических ударов в механизмах электропривода.

Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение точности торможения и надежности работы устройства путем автоматического регулирования (автоматической стабилизации) ускорения торможения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя, содержащее контактор с катушкой с четырьмя замыкающими и одним размыкающим контактом, три замыкающих контакта контактора первыми выводами предназначены для подключения к трем фазам источника питания, а вторые выводы первого и второго замыкающих контактов предназначены для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя, один вывод кнопки “СТОП” предназначен для подключения к фазе источника питания, другой вывод кнопки “СТОП” через кнопку “ПУСК”, шунтированную четвертым замыкающим контактом контактора подключен к одному выводу катушки контактора, другой вывод катушки контактора предназначен для подключения к нулю источника питания, управляемый выпрямитель, выход которого предназначен для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя, датчик ЭДС вращения, входы которого предназначены для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя, а выход через размыкающий контакт контактора соединен с входом усилителя-ограничителя, введены блок дифференцирования, блок задания, блок сравнения и блок управления управляемым выпрямителем, причем второй вывод третьего замыкающего контакта контактора предназначен для подключения к третьей фазе обмотки статора электродвигателя, выход датчика ЭДС вращения через размыкающий контакт контактора подсоединен к входу блока дифференцирования, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход усилителя-ограничителя подсоединен к входу блока задания, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, выход которого через блок управления управляемым выпрямителем подсоединен к управляющему входу управляемого выпрямителя.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя отличается тем, что в него введены блок дифференцирования, блок задания, блок сравнения и блок управления управляемым выпрямителем, причем второй вывод третьего замыкающего контакта контактора предназначен для подключения к третьей фазе обмотки статора электродвигателя, выход датчика ЭДС вращения через размыкающий контакт контактора подсоединен к входу блока дифференцирования, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход усилителя-ограничителя подсоединен к входу блока задания, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, выход которого через блок управления управляемым выпрямителем подсоединен к управляющему входу управляемого выпрямителя.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию “Новизна”.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию “Изобретательский уровень”.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя.

Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя 1 содержит кнопку “СТОП” 2, кнопку “ПУСК” 3, контактор с катушкой 4 с четырьмя замыкающими контактами 5, 6, 7, 8 и размыкающим контактом 10, датчик ЭДС вращения 9, усилитель-ограничитель 11, блок дифференцирования 12, блок задания 13, блок сравнения 14, блок управления управляемым выпрямителем 15, управляемый выпрямитель 16.

Первый вывод кнопки “СТОП” 2 предназначен для подключения к фазе источника питания. Второй вывод кнопки “СТОП” через кнопку “ПУСК”, шунтированную четвертым замыкающим контактом 8 контактора, предназначен для подключения к первому выводу катушки 4 контактора. Второй вывод катушки 4 контактора предназначен для подключения к нулю источника питания. Три замыкающих контакта 5, 6, 7 контактора первыми выводами предназначены для подключения к трем фазам источника питания. Вторые выводы замыкающих контактов 5, 6, 7 контактора предназначены для подключения к трем фазам обмотки статора электродвигателя 1. Выход датчика ЭДС 9 через контакт 10 контактора подсоединен одновременно к входам усилителя-ограничителя 11 и блока дифференцирования 12. Выход усилителя-ограничителя 11 через блок задания 13 подсоединен к одному входу блока сравнения 14, к другому входу которого подсоединен выход блока дифференцирования 12. Выход блока сравнения 14 через блок управления управляемым выпрямителем 15 подсоединен к управляющему входу управляемого выпрямителя 16. Первый и второй выходы управляемого выпрямителя 16 предназначены для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя 1.

Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя построено по схеме системы автоматического регулирования (автоматической стабилизации) ускорения торможения электродвигателя и работает следующим образом.

При нажатии кнопки “ПУСК” включается контактор с катушкой 4, который размыкает контакт 10 и замыкает контакты 5, 6, 7 и осуществляется тем самым прямой пуск электродвигателя 1. При этом кнопка “ПУСК” 3 блокируется с помощью контакта 8 коммутатора.

Для торможения электродвигателя 1 необходимо нажать кнопку “СТОП” 2, при этом размыкаются контакты 5, 6, 7, 8 и замыкается контакт 10.

На выходе датчика ЭДС 9 снимается сигнал, пропорциональный угловой скорости вращения ротора электродвигателя 1. В качестве датчика ЭДС можно использовать тахогенератор. Выходной сигнал датчика ЭДС 9 через контакт 10 контактора одновременно поступает на входы усилителя-ограничителя 11 и блока дифференцирования 12. На выходе блока дифференцирования 12 снимается сигнал, пропорциональный угловому ускорению торможения электродвигателя 1, который поступает на первый вход блока сравнения 14. На выходе усилителя-ограничителя 11 снимается сигнал постоянного уровня, который подается на вход блока задания 13 для использования в качестве образцового источника сигнала задания. Выходной сигнал блока задания поступает на второй вход блока сравнения 14, на выходе которого формируется сигнал рассогласования ΔU

где U₁₂,U₁₃,U₁₄ - выходные сигналы блоков дифференцирования, задания и сравнения соответственно.

Значение выходного сигнала блока задания выбирается так, чтобы выполнялось условие

где ε _n - максимально возможное значение ускорения электродвигателя при пуске;

ε _T - значение ускорения торможения.

Выходной сигнал блока сравнения 14 подается на вход блока управления 15, формирующего зависимость

где α - угол отпирания тиристоров управляемого выпрямителя.

Выходной сигнал блока управления 15 поступает на управляющий вход управляемого выпрямителя 16, выходное напряжение которого подается на две фазы обмотки статора электродвигателя 1 и обеспечивает торможение электродвигателя с постоянным ускорением.

При скорости торможения, равной нулю, выходные сигналы усилителя-ограничителя 11 и блока дифференцирования 12 равны нулю. Так как выходной сигнал усилителя-ограничителя 11 является источником сигнала задания блока задания 13, то на его выходе сигнал тоже равен нулю. В связи с этим выходные сигналы блока сравнения 14 и блока управления 15 тоже равны нулю. При этом выходное напряжение управляемого выпрямителя равно нулю. Электродвигатель обесточен. Процесс торможения заканчивается.

Построение устройства для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя по схеме автоматического регулирования (автоматической стабилизации) ускорения торможения позволяет уменьшить динамические броски тормозного момента и динамические удары в механизмах электропривода и повысить точность торможения и надежность работы устройства. Использование данного устройства позволяет продлить срок службы оборудования, а также снизить потери электроэнергии, особенно при продолжительных тормозных режимах, что улучшает энергетические показатели.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания и формулы изобретения

1. Патент США, №3398343, кл. 318-212,1968.

2. Петров Л.П. и др. Асинхронный электропривод с тиристорными коммутаторами. М., “Энергия”, 1970, с.115-119.

3. А.с. СССР, №1624646, кл. Н 02 Р 3/24, 1991.

Формула изобретения

Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя, содержащее контактор с катушкой с четырьмя замыкающими и одним размыкающим контактами, три замыкающих контакта контактора первыми выводами предназначены для подключения к трем фазам источника питания, а вторые выводы первого и второго замыкающих контактов предназначены для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя, один вывод кнопки “СТОП” предназначен для подключения к фазе источника питания, другой вывод кнопки “СТОП” через кнопку “ПУСК”, шунтированную четвертым замыкающим контактом контактора, подключен к одному выводу катушки контактора, другой вывод катушки контактора предназначен для подключения к нулю источника питания, управляемый выпрямитель, выход которого предназначен для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя, датчик ЭДС вращения, входы которого предназначены для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя, а выход через размыкающий контакт контактора соединен с входом усилителя-ограничителя, отличающееся тем, что в него введены блок дифференцирования, блок задания, блок сравнения и блок управления управляемым выпрямителем, причем второй вывод третьего замыкающего контакта контактора предназначен для подключения к третьей фазе обмотки статора электродвигателя, выход датчика ЭДС вращения через размыкающий контакт контактора подсоединен к входу блока дифференцирования, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход усилителя-ограничителя подсоединен к входу блока задания, выход которого подключен ко второму входу блока сравнения, выход которого через блок управления управляемым выпрямителем подсоединен к управляющему входу управляемого выпрямителя.

РИСУНКИ