Пристрій для навантаження асинхронних електродвигунів

Пристрій для навантаження асинхронних електродвигунів, що містить асинхронний електродвигун, реверсивний тиристорний регулювальник напруги, включений в фази статора двигуна, систему імпульсно-фазового управління, датчики струму і швидкості, який відрізняється тим, що пристрій містить додатково: пороговий елемент, логічний перемикаючий пристрій, блок керованої струмової відсічки, систему автоматичного регулювання, шунтуючий вимикач і контактор, причому вихід сис 37857 Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для навантаження асинхронних двигунів містить: асинхронний електродвигун, реверсивний тиристорний регулювальник напруги, включений в фази статора двигуна, систему імпульсно-фазового управління, датчики струму і швидкості, пороговий елемент, логічний перемикаючий пристрій, блок керованої струмової відсічки, систему автоматичного регулювання, шунтуючий вимикач і контактор, причому вихід системи автоматичного регулювання пов'язаний з першим і другим входами реверсивного тиристорного регулювальника напруги через систему імпульсно-фазового управління, вихід датчика струму пов'язаний з четвертим входом системи автоматичного регулювання, вихід датчика швидкості пов'язаний з третім входом системи автоматичного регулювання і, через пороговий елемент, з входами логічного перемикаючого пристрою; перший і другий ви ходи логічного перемикаючого пристрою пов'язані відповідно з першими і другими входами системи імпульснофазового управління і блоку керованої струмової відсічки. Четвертий і третій виходи логічного перемикаючого пристрою сполучені відповідно з входами контактора і шунтуючого вимикача, вихід блоку керованої струмової відсічки пов'язаний з першим входом системи автоматичного регулювання, на другий вхід системи автоматичного регулювання подається напруга завдання на швидкість. Суть винаходу пояснюють креслення. Фіг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. На фіг. 1 наведено блок-схему пристрою для навантаження асинхронних електродвигунів. На фіг. 2 представлена блок-схема логічного перемикаючого пристрою та порогового елементу. На фіг. 3 зображені механічні характеристики електродвигуна під час навантаження. На фіг. 4 наведено діаграму швидкості електродвигуна, що навантажується, в період робочих циклів. На фіг. 5 представлені графіки зміни моменту та струму статора двигуна під час навантаження. На фіг. 6 зображена принципова схема другого та третього блоків порогового елементу. На фіг. 7 зображена принципова схема першого блоку порогового елементу. Пристрій для навантаження асинхронних двигунів має блок-схему, яка містить: електродвигун, що навантажується 1, реверсивний тиристорний регулювальник напруги 2, систему імпульснофазового управління 3, датчик струму 4, датчик швидкості 5, пороговий елемент 6, блок керованої струмової відсічки 7, систему автоматичного регулювання 8, шунтуючий вимикач 9, контактор 10, логічний перемикаючий пристрій 11. Блок 2 - реверсивний тиристорний регулювальник напруги, являє собою п'ять тиристорних комутуючи х елементів, які, по черзі включаючись, комутують фази статора електродвигуна 1. Потужність електродвигуна, що навантажується, 1 визначається номінальними струмами тиристорів, що входять в тиристорні комутуючі елементи (ТКЕ). Крім того, ТКЕ, які відповідають прямому включенню фаз статора електродвигуна, що навантажується, 1, будемо називати першою групою тиристорів, а ТКЕ, що відповідають зворотному включенню фаз - другою групою тиристорів, при цьому ТКЕ, включений в фазу 3, входить в обидві групи. Блок 3 - система імпульсно-фазового управління - це десять блоків управління тиристорами з використанням високочастотних імпульсів, причому третій вхід системи імпульсно-фазового управління - це вхід для подачі керуючої напруги Uy, що визначає величину кута відкриття тиристорів а. Перший і другий входи - релейні. При появі сигналу на одному з входів з'являються імпульси, що відкривають тиристори однієї з груп блоку 2, якщо сигналу немає - тиристори блоку 2 закриті. Блок 4 - датчик струму, являє собою трансформатори струму з вторинними обмотками, сполученими в «зірку» і підключеними до малопотужного трифазного мостового випрямляча, навантаженого на омічний опір. При цьому вихідна напруга виявляється пропорційною до струму статора електродвигуна, що навантажується 1. Блок 5 - датчик швидкості, це типовий тахогенератор, включений на паралельний омічний опір. При цьому напруга на виході дільника напруги пропорційна швидкості обертання валу електродвигуна,що навантажується 1. Блок 6 - пороговий елемент, служить для управління роботою логічного перемикаючого пристрою і взаємопов'язаний з логічним перемикаючим пристроєм. Блок-схема порогового елемента приведена на фіг. 2. Пороговий елемент складається з трьох окремих блоків ПЕ1, ПЕ2, ПЕ3, входи яких підключені до виходу датчика швидкості 5 через відповідні контакти логічного перемикаючого пристрою 11. ПЕ1 - це типова схема нелінійності типу «зона нечутливості» (фіг. 7.). Опорна напруга Uon1 , та, що подається на ПЕ1 вибирається з розрахунку швидкості перемикання двигуна, що навантажується, 1 в режим противвімкнення. Один з варіантів принципової схеми елементів ПЕ2 і ПЕ3 представлений на фіг. 6. Ці блоки чутливі тільки в області напруг, менших, ніж опорні напруги, що подаються на них Uon2 і Uon3 , які відповідають швидкості перемикання двигуна, що навантажується, 1 в р уховий режим, і швидкості відключення двигуна, що навантажується 1, відповідно. Блок 7 - блок керованої струмової вісічки, служить для обмеження струму в ланцюгу статора як в руховому режимі електродвигуна, що навантажується 1, так і в режимі противвімкнення, що дозволяє забезпечити компенсацію втрат в сталі в період робочого циклу навантаження. Рівень струму в ланцюгу статора можна регулювати і встановлювати за допомогою величин опорних напруг Uon4 і Uon5, що подаються на блок керованої струмової відсічки. Блок керованої струмової відсічки 7 являє собою дві окремі схеми обмеження струму на діодах, пов'язані з регулювальником швидкості системи автоматичного регулювання 8. Причому опорна напруга Uon4 визначає рівень обмеження струму для рухового режиму електродвигуна, що навантажується 1, а опорна напруга Uon5 для режиму противвімкнення електродвигуна 1. Перемикання відповідних рівнів обмеження струму проводиться логічним перемикаючим пристроєм 11 в залежності від режиму електродвигуна, що навантажується 1, за допомогою керованих ключів 35, 36 (фіг. 2), причому, перший вхід блоку керованої струмової відсічки - це інформаційний вхід керованого ключа 35 в ланцюгу обмеження струму в руховому режимі, а другий вхід - це інформаційний вхід керованого ключа 36 в ланцюгу обмеження струму в режимі противвімкнення. Блок 8 - систе 2 37857 ма автоматичного регулювання, являє собою електронний пристрій, що дозволяє управляти швидкістю двигуна і підтримувати стабільність заданої швидкості. Причому, задана швидкість може бути будь-якою і визначається величиною напруги завдання U3, яка поступає на другий вхід системи автоматичного регулювання 8. Система автоматичного регулювання 8 забезпечує високі динамічні характеристики електродвигуна, що навантажується 1, внаслідок зв'язку з блоками 4, 5, що в сукупності складає двоконтурну систему автоматичного управління електродвигуном, що навантажується 1. Система автоматичного регулювання 8 являє собою послідовно сполучені: задатчик інтенсивності, регулювальник швидкості і регулювальник струму, зібрані на основі підсилювачів постійного струму типу УПТ-5, причому перший вхід системи автоматичного регулювання 8 - це ланцюги зворотного зв'язку регулювальника швидкості, другий вхід - це вхід задатчика інтенсивності, третій вхід - це вхід регулювальника швидкості і четвертий вхід - це вхід регулювальника струму. На виході регулювальника струму, який, відповідно, є виходом системи автоматичного регулювання 8, формується керуюча напруга Uy для блоку 3. Блоки 9, 10 - шунтуючий вимикач і контактор - це типові електротехнічні вироби, що широко застосовуються на практиці, і тому в додатковому описі не мають потреби. Блок 11 - логічний перемикаючий пристрій, являє собою електромеханічний або електронний пристрій, за допомогою якого здійснюється підключення електродвигуна, що навантажується, 1 до мережі, пуск електродвигуна, що навантажується, 1 при замкненому шунтуючому вимикачі 9, перемикання груп тиристорів блоку 2 і одночасне перемикання рівнів обмеження струму в блоці керованої струмової відсічки 7, а також відключення електродвигуна, що навантажується, 1 від мережі при зниженні швидкості до заданої в режимі гальмування противвімкненням. Блоксхема одного з варіантів блоку 11 представлена на фіг. 2. Вона містить: три блоки «І» (13, 16, 28); один блок «АБО» (29); три блоки «І-НІ» (23, 24, 25); чотири блоки «АБО-НІ» (14, 17, 19, 27); п'ять блоків «НІ» (15, 18, 20, 22, 26); один логічний елемент часу (21); три керованих ключі (30, 31, 32). При цьому, перший вхід блоку 13 сполучений з «+» джерела живлення і через кнопку «Пуск» - із землею, вихід блоку 13 сполучений з першим входом блоку 11 через послідовносполучені блоки 14-22, 28, вихід блоку 15 сполучений з четвертим виходом блоку 11, виходи блоків 14, 17, 19 сполучені зі своїми другими входами через блоки 23, 24, 25 відповідно, вихід блоку 19 підключений до третього виходу блоку 11, вихід блоку 21 сполучений з другим виходом блоку 11 через блок 29, виходи блоків 17, 18 пов'язані з інформаційними входами керованих ключів 30, 31 відповідно, і з першими входами блоків 28, 29, відповідно, вихід блоку 20 сполучений з інформаційним входом керованого ключа 32, вхід блоку 11 пов'язаний з другим входом блоку 16 через керуючий ключ 30 і блок ПЕ1 порогового елемента 7, з другим входом блоку 24 і з третім входом блоку 16 через керуючий ключ 31, блок ПЕ2 порогового елемента 7 і блок 26, з другими входами блоків 13, 23, 25 через керований ключ 32, блок ПЕ3 порогового елемента 7 і блок 27, другий вхід блоку 27 сполучений з «+» джерела живлення і, через кнопку «Стоп», - з землею. Блоки 13-29 - типові логічні блоки, що реалізуються на елементній базі серії К155. Блоки 30-32 електронні комутатори з операційним підсилювачем на польовому транзисторі. Пристрій працює таким чином. При натисненні кнопки «Пуск» з четвертого виходу логічного перемикаючого пристрою 11 поступає сигнал на вхід блоку 10, що підключає електродвигун, що навантажується, 1 до мережі, в цей момент йде сигнал з третього виходу блоку 11 на вхід блоку 9, який, замикаючи свої контакти, шунтує реверсивний тиристорний регулювальник напруги 2 на час розгону електродвигуна, що навантажується, 1, до заданої швидкості w1 (точка 1 на фіг. 3), таким чином, виключаючи протікання через тиристори тиристорних комутуючи х елементів першої групи тиристорів блоку 2 пускових струмів, що в п'ять-сім разів перевищують номінальні. Одночасно з першого виходу блоку 11 поступає сигнал на перший вхід блоку керованої струмової відсічки 7, включаючи ланцюг обмеження струму ста тора електродвигуна, що навантажується, 1 для рухового режиму. Блок 11 знаходиться в першому стійкому стані. По мірі розгону електродвигуна, що навантажується 1, до швидкості w1, сигнал з виходу датчика швидкості 5 поступає на блок ПЕ1 порогового елемента 6 (фіг. 2). Як тільки сигнал з виходу блоку 5 перевищив значення опорної напруги Uon1, що подається на ПЕ1 блоку 6, на виході блоку ПЕ1 порогового елемента 6 з'являється сигнал, що поступає на другий вхід блоку 16, що включає логічний елемент часу 21 (фіг. 2) і що переводить логічний перемикаючий пристрій 11 у другий стійкий стан. Цьому станові відповідає те, що зникає сигнал на третьому виході блоку 11, відключаючи шунтуючий вимикач 9, обнуляється і перший вихід блоку 11, відключаючи, таким чином, ланцюг обмеження струму для рухо вого режиму в блоці 7, одночасно з'являється сигнал на другому ви ході блоку 11, який, поступаючи на другий вхід системи імпульсно-фазового управління 3, включає блоки управління другої групи тиристорів блоку 2, і з їх виходів сигнали, відповідні куту відкривання тиристорів a, які формуються в залежності від величини напруги управління Uy, що поступає на третій вхід блоку 3 з ви ходу системи автоматичного регулювання 8, включає другу гр упу тиристорів блоку 2 і переводить, таким чином, електродвигун, що навантажується, 1 в режим противвімкнення (точка 2 фіг. 3). У той же час сигнал з другого виходу блоку 11 поступає на другий вхід блоку керованої струмової відсічки 7, включаючи: ланцюг обмеження струму статора електродвигуна, що навантажується, 1 для режиму противвімкнення. По мірі зниження швидкості електродвигуна, що навантажується 1, до швидкості w2 (точка 3 фіг. 3), сигнал з виходу датчика швидкості 5 поступає на блок ПЕ2 порогового елемента 6 (фіг. 2). Як тільки сигнал з виходу блоку 5 понижчав, більше ніж опорна напруга Uon2, що подається на блок ПЕ2 порогового елемента 6, на виході блоку ПЕ2 з'являється сигнал, що поступає через блок 26 на третій вхід блоку 16 і другий вхід блоку 24 і що переводить логічний перемикаючий пристрій 11 в перший стійкий стан (точка 4, фіг. 3), з тією лише різницею, що 3 37857 руховий режим електродвигуна, що навантажується 1, буде здійснюватися не за допомогою шунтуючого вимикача 9, оскільки він відключений до завершення періоду навантаження, а за допомогою другої групи тиристорів блоку 2, на перший вхід якого будуть поступати сигнали з першого виходу блоку 3, відповідні куту відкривання тиристорів a, які формуються в залежності від величини напруги управління Uy, яка поступає на третій вхід блоку 3 з виходу блоку 8. Швидкість електродвигуна, що навантажується, 1 почне зростати до значення w1, потім блок 11 перейде у другий стійкий стан і так далі, тобто буде здійснюватися робочий цикл навантаження. При переході електродвигуна, що навантажується 1, в режим противвімкнення відбувається різке збільшення струмів кола статора, які еквівалентні струмам статора електродвигуна, що навантажується, 1 коли він знаходиться під механічними навантаженнями, і обмежуються за допомогою блоку керованої струмової відсічки 7 в системі автоматичного регулювання 8. Відповідно змінюється і момент на валу двигуна (фіг. 5). Тривалість періоду робочих циклів може бути будьякою і встановлюється заздалегідь за допомогою уставки часу логічного елемента часу 21 блоки 11 (фіг. 2). По закінченні періоду робочих циклів на вантаження електродвигуна 1 (фіг. 4) незалежно від попереднього стійкого стану блоку 11, логічний перемикаючий пристрій 11 переходить у др угий стійкий стан, тобто здійснюється гальмування противвімкненням електродвигуна, що навантажується 1, причому блок ПЕ2 порогового елемента 6 (фіг. 3) відключений. По мірі зниження швидкості електродвигуна, що навантажується 1, до швидкості w3 (точка 5, фіг. 3), сигнал з виходу да тчика швидкості 5 поступає на блок ПЕ3 порогового елемента 6 (фіг. 2). Як тільки сигнал з виходу блоку 5 стане нижче опорної напруги U on3, що подається на ПЕ3 блоку 6, на виході блоку ПЕ3 (фіг. 2) з'явиться сигнал, що переводить блок 11 в стан обнуління, тобто зникають сигнали на всіх виходах блоку 11, в тому числі, і з четвертого, пов'язаного з контактором 10, блок 10 розмикає свої контакти, відключаючи електродвигун, що навантажується 1, від мережі. Для відключення електродвигуна, що навантажується 1, від мережі у разі несправностей в роботі пристрою або пошкоджень, передбачена кнопка «Стоп» (фіг. 2). Робота системи після натиснення кнопки «Стоп» аналогічна роботі після досягнення електродвигуном, що навантажується 1, швидкості w3 при гальмуванні. 4 37857 Фіг. 1 5 37857 Фіг. 2 6 37857 Фіг. 2 (продовження) 7 37857 Фіг. 3 Фіг. 4 8 37857 Фіг. 5 9 37857 Фіг. 6 Фіг. 7 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 10