Станція керування асинхронними двигунами

1 Станція керування асинхронними двигунами, що містить випрямляч напруги, виконаний керованим, підключений послідовно з ним фільтр, блок керування, що містить формувачі сигналів, до виходів яких приєднані керуючі входи інвертора, що має діоди і ключі, зв'язаного по входу з фільтром, а по виходу з обмотками щонайменше одного двигуна, систему охолодження, датчик вхідної напруги інвертора, датчики вихідних струмів, причому блок керування виконаний у вигляді мікропроцесорного контролера, оснащеного пристроєм індикації і блоком живлення, яка відрізняється тим, що паралельно входу випрямляча підключений обмежник перенапруг і пристрій керування випрямлячем, виконаний у вигляді трифазної мостової схеми, у кожне плече якої включені послідовно діод і граничний датчик струму, до виходів яких приєднані керуючі входи випрямляча, випрямляч підключений до виходу основного контактора, вхід якого підключений до мережі, керуючий вхід основного контактора з'єднаний з виходом блока керування, зв'язаним з датчиком вхідної напруги інвертора, до мережі також підключена первинна обмотка знижуючого трансформатора, до вторинної обмотки якого підключені блок живлення блока керування і вхід малопотужного джерела живлення, вихід якого через діоди підключений до фільтра 2 Станція керування асинхронними двигунами за п 1, яка відрізняється тим, що інвертор по виходу з'єднаний з обмотками двигуна за допомогою синусоїдального фільтра 3 Станція керування асинхронними двигунами за пп 1 або 2, яка відрізняється тим, що вона містить додатковий контактор, вхід якого підключений до мережі, а до виходу підключений вхід статичного індуктивного компенсатора, вихід якого з'єднаний із землею, обмежник перенапруг, обмотки додаткового двигуна, вхід датчика струму, вихід якого підключений до блока керування 4 Станція керування асинхронними двигунами за пп 1 або 2, або 3, яка відрізняється тим, що вона містить іскробезпечний пристрій сполучення, вхід якого з'єднаний з апаратом захисту від витоків струму, перший вихід з'єднаний з формувачами сигналів блока керування, другий вихід з'єднаний з керуючим входом додаткового контактора 5 Станція керування асинхронними двигунами за п п 1, або 2, або 3, або 4, яка відрізняється тим, що до виходів основного і додаткового контакторів підключені входи першого і другого пристроїв контролю ізоляції, а також входи як мінімум двох датчиків вхідних струмів, виходи яких зв'язані з першим і другим пристроєм струмового захисту, виходи першого і другого пристроїв контролю ізоляції і струмового захисту зв'язані з керуючими входами ВІДПОВІДНО основного і додаткового контакторів СО CD CD Корисна модель належить до керування асинхронними двигунами і може бути використана у гірничій промисловості для керування асинхронними двигунами очисного комбайна Відома станція керування асинхронним двигуном [патент RU 2219650 С2, від 12 112001, Н02Р7/26, Н02Н7/08, Н02Н7/26, Н02Н7122], при йнята за найближчий аналог, що містить випрямляч напруги і підключений послідовно з ним фільтр, блок керування, що містить формувачі сигналів, до виходів яких приєднані керуючі входи інвертора, що має діоди і ключі, зв'язаного по входу з фільтром, а по виходу - з обмотками двигуна, а також містить у собі блок керування випрямля 6493 чем, вихід якого з'єднаний з керуючим входом випрямляча, а вхід - з блоком керування, причому блок керування виконаний у вигляді мікропроцесорного контролера, оснащеного, крім іншого, блоком живлення, підключеним входом до клем живильної мережі. Станція містить також різні види датчиків, що забезпечують захист інвертора й інших компонентів. Недоліком найближчого аналогу є відсутність захисту випрямляча, інвертора, фільтра (надалі «силової частини») від перенапруг, зниження опору ізоляції та небезпечних струмів витоку на землю, не забезпечений і захист від струмів короткого замикання (надструмів) випрямляча і фільтра, а також відсутній гальванічний розрив при вимиканні. Недоліком найближчого аналогу є також те, що сигнали для блока керування випрямлячем виробляються блоком керування при перевищенні вхідної напруги інвертора, що ускладнює схему і перешкоджає рекуперативному гальмуванню. Недоліком найближчого аналога є також те, що напруга на силову частину і блок керування подається одночасно, що може привести до збоїв мікропроцесора, і, крім того, робить неможливим перевірку стану елементів силової частини до подачі на них напруги мережі. Недоліком прототипу є також те, що описана станція керування не дозволяє керувати багатопривідним механізмом, режими роботи приводів якого технологічно пов'язані, і один із приводів вимагає зміни числа оборотів і рекуперативного гальмування, а також недостатня якість напруги на затискачах двигуна, з'єднаного з інвертором прямо. В основу корисної моделі поставлена задача: забезпечити якісне електропостачання, керування і всі необхідні захисти механізму, що має як мінімум один привід, який вимагає зміни числа оборотів і рекуперативного гальмування. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що станція керування асинхронними двигунами, що містить випрямляч напруги, виконаний керованим, підключений послідовно з ним фільтр, блок керування, що містить формувачі сигналів, до виходів яких приєднані керуючі входи інвертора, який має діоди і ключі, зв'язаного по входу з фільтром, а по виходу з обмотками як мінімум одного двигуна, систему охолодження, датчик вхідної напруги інвертора, датчики вихідних струмів, причому блок керування виконаний у вигляді мікропроцесорного контролера, оснащеного пристроєм індикації і блоком живлення, відповідно до корисної моделі, паралельно входу випрямляча підключені обмежник перенапруг і пристрій керування випрямлячем, виконане у вигляді трифазної мостової схеми, у кожне плече якої включені послідовно діод і граничний датчик струму, до виходів яких приєднані керуючі входи випрямляча, випрямляч підключений до виходу основного контактора, вхід якого підключений до мережі, керуючий вхід основного контактора з'єднаний з виходом блока керування, зв'язаним з датчиком вхідної напруги інвертора, до мережі також підключена первинна обмотка понижуючого трансформатора, до вторинної обмотки якого підключені блок жив 4 лення блока керування і вхід малопотужного джерела живлення, вихід якого через діоди підключений до фільтра. Поставлена задача вирішується також за рахунок того, що інвертор по виходу з'єднаний з обмотками двигуна за допомогою синусоїдального фільтра. Поставлена задача вирішується також за рахунок того, що станція керування асинхронними двигунами містить додатковий контактор, вхід якого підключений до мережі, а до виходу підключений вхід статичного індуктивного компенсатора, вихід якого з'єднаний із землею, обмотки додаткового двигуна, вхід датчика струму, вихід якого підключений до блока керування. Поставлена задача вирішується також за рахунок того, що станція керування асинхронними двигунами містить іскробезпечний пристрій сполучення, вхід якого з'єднаний з апаратом захисту від витоків струму, перший вихід з'єднаний з формувачами сигналів блока керування, другий вихід з'єднаний з керуючим входом додаткового контактора. Поставлена задача вирішується також за рахунок того, що до виходів основного і додаткового контакторів підключені входи першого і другого пристрою контролю ізоляції, а також входи як мінімум двох датчиків вхідних струмів, виходи яких зв'язані з першим і другим пристроєм струмового захисту, виходи першого і другого пристрою контролю ізоляції і струмового захисту зв'язані з керуючими входами відповідно основного і додаткового контакторів. Керування випрямлячем за допомогою описаної вище трифазної мостової схеми дозволяє забезпечити його автоматичну роботу в залежності від режиму двигуна, у тому числі і при рекуперативному гальмуванні. Наявність датчика струму, вхід якого підключений до другого двигуна, а вихід з'єднаний із блоком керування, дозволяє забезпечити коригування параметрів роботи першого двигуна в залежності від навантаження другого. Якісна напруга на затискачах першого двигуна досягається за рахунок установки синусоїдальне фільтра, а на затискачах другого - за рахунок обмежника перенапруг. Установка обмежників перенапруг на виході другого контактора і на вході випрямляча, а також блоків контролю опору ізоляції і струмового захисту на виході обох контакторів дозволяють забезпечити захист від перенапруг, струмових перевантажень і надструмів, зниження опору ізоляції як для першого і другого двигунів, так і для силової частини. Установка першого контактора і малогабаритного джерела живлення, підключеного до фільтра, дозволяє виконати заряд ємності фільтра і перевірити цілісність елементів випрямляча до подачі мережної напруги. Крім цього установка першого і другого контактора забезпечує гальванічний розрив кіл першого і другого двигунів. Установка іскробезпечного пристрою сполучення дозволяє підключити його до апарата захисту від витоків струму (реле витоку), що окремо стоїть у вибухонебезпечній атмосфері, зв'язок цього пристрою з формувачами сигналів керування інвертора блока керування дозволяє забезпечити 6493 швидке відключення інвертора у випадку виникнення витоку в кабелі першого двигуна, а використання статичного індуктивного компенсатора, підключеного до другого двигуна, дозволяє обмежити струм витоку в кабелі другого двигуна до безпечного рівня. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На Фіг.1 зображена структурна схема станції керування асинхронними двигунами. На Фіг.2 зображена принципова схема випрямляча і блока керування випрямлячем. Станція керування асинхронними двигунами містить випрямляч напруги 1, виконаний керованим, що має діоди 17 і ключі 18; підключений послідовно з ним фільтр 2; блок керування 3, виконаний у вигляді мікропроцесорного контролера, оснащенного пристроєм індикації 23 і блоком живлення 24, і що містить формувачі сигналів 4-9, до виходів яких приєднані керуючі входи 10-15 інвертора 16, виконаного аналогічно випрямлячу, зв'язаного по входу з фільтром, а по виходу з обмотками першого двигуна 19; систему охолодження 20; датчик вхідної напруги інвертора 21; датчики вихідних струмів 22; паралельно входу випрямляча підключений обмежник перенапруг 25 і пристрій керування випрямлячем 26, виконане у вигляді трифазної мостової схеми, у кожне плече якої включені послідовно діод 27 і граничний датчик струму 28, до виходів яких 29-34 приєднані керуючі входи випрямляча 35-40; випрямляч підключений до виходу першого контактора 41, вхід якого підключений до мережі; керуючий вхід першого контактора з'єднаний з виходом блока керування, зв'язаним з датчиком вхідної напруги інвертора; до мережі підключена і первинна обмотка знижуючого трансформатора 42, до вторинної обмотки знижуючого трансформатора підключені блок живлення блока керування і вхід малопотужного джерела живлення 43, вихід якого через діоди підключений до фільтру. Вихід інвертора з'єднаний з обмотками першого двигуна за допомогою синусоїдального фільтра 44. Станція керування асинхронними двигунами, крім того, містить другий контактор 45, вхід якого підключений до мережі, а до виходу підключений вхід статичного індуктивного компенсатора 46, вихід якого з'єднаний із землею; обмежник перенапруг; обмотки другого двигуна 47; вхід датчика струму 48, вихід якого підключений до блока керування; іскробезпечний пристрій сполучення 49, вхід якого з'єднаний з апаратом захисту від витоків струму 50, перший вихід з'єднаний з формувачами сигналів блока керування, другий вихід з'єднаний з керуючим входом другого контактора. До виходів першого і другого контакторів підключені входи першого 51 і другого 52 пристроїв контролю ізоляції, а також входи датчиків вхідних струмів 53, виходи яких зв'язані з першим 54 і другим 55 пристроєм струмового захисту, виходи першого і другого пристроїв контролю ізоляції та струмового захисту зв'язані з керуючими входами відповідних контакторів. Реалізація корисної моделі здійснюється в такий спосіб. Знижуючий трансформатор 42, підживлений від мережі подає напругу на блок живлення 24 блока керування 3, що включається і проводить діагностику підключених елементів. Одночасно з цим включається малопотужне джерело живлення 43 і виконує зарядку ємності фільтра 2 до величини, меншої, чим напруга мережі, але достатньої для виключення удару струму при подачі мережної напруги. Тому що потужність джерела обмежена, то у випадку виходу з ладу діодів 17 або ключів 18 випрямляча 1, заряд ємності до зазначеної величини не відбудеться. Рівень заряду контролює датчик вхідної напруги інвертора 21, і при досягненні зазначеної величини, видає сигнал на включення першого контактора 41, що подає напругу на випрямляч 1. До виходу першого контактора підключений пристрій контролю ізоляції 51 і пристрій струмового захисту 54 з датчиками струму 53. У випадку зниження опору ізоляції в силовій частині або в першому двигуні 19 і кабелі, що живить його, а також у випадку короткого замикання у випрямлячі та фільтрі у всіх режимах, а в інверторі 16, синусоїдальному фільтрі 44, першому двигуні 19 і кабелі, що живить його, при частоті вихідної напруги інвертора близької і понад 50Гц. Саме в цьому режимі струм короткого замикання має найбільшу величину. В інших режимах струми короткого замикання значно менше, і захист забезпечується за допомогою датчиків вихідних струмів 22. Після включення контактора 41 подається напруга на випрямляч 1 і пристрій керування випрямлячем 26, рівень напруги обмежується обмежником перенапруг 25. З частотою мережі відкриваються діоди 17 випрямляча 1, а разом з ними паралельно включені діоди 27 пристрою 26, що приводить до спрацьовування граничних датчиків струму 28, виходи 29-34 яких, впливаючи на керуючі входи 35-40 ключів 18, приводять до відмикання ключа, включеного паралельно з відкритим у даний момент діодом. Такий алгоритм дозволяє істотно знизити втрати у випрямлячі. Напруга на затискачах фільтра 2 зростає, діоди, через які підключене малопотужне джерело 43, замикаються. По команді блока керування 3 формувачі сигналів 4-9 видають імпульси визначеної тривалості і шпаруватості (широтно-імпульсна модуляція, далі ШІМ) на керуючі входи 10-15 ключів інвертора 16, на виході якого формується ШІМнапруга, що згладжується фільтром 44 до синусоїдальної форми, що і забезпечує роботу двигуна в тяговому режимі. При переході двигуна в гальмовий режим напруга на затискачах фільтра 2 зростає вище мережної, діоди 17 випрямляча 1 замикаються, а ключі 18 продовжують комутуватися з частотою мережі, що забезпечує віддачу енергії в мережу, тобто рекуперативне гальмування. Це забезпечує роботу випрямляча з частотою мережі у всіх режимах і робить можливим використання станції керування разом з реле витоку 50. При виникненні небезпечного витоку струму після інвертора 16, реле витоку 50 по іскробезпечному каналу дає сигнал на іскробезпечний пристрій сполучення 49, що за малий час блокує роботу формувачів сигналів 4-9, що приводить до швидкого відключення напруги з ушкодженої ділянки. При витоку в ланцюзі другого двигуна 47, іскробе 6493 зпечний пристрій сполучення 49, впливаючи на керуючий вхід контактора 45, відключає його, а включений паралельно двигуну статичний індуктивний компенсатор 46 обмежує струм витоку до безпечного рівня. Підключений до виходу другого контактора пристрій контролю ізоляції 52 і пристрій струмового захисту 55 з датчиками струму 53 забезпечують захист у випадку зниження опору ізоляції у в другому двигуні 47 і кабелі, що живить його, а також у випадку короткого замикання і струмового перевантаження Датчик струму 48 видає сигнал про навантаження другого двигуна 47 блоку керування 3, формувачі сигналів 4-9 змі 8 нюють параметри ШІМ інвертора 16, забезпечуючи необхідний режим роботи першого двигуна 19. При включенні трансформатора 42 включається система охолодження 20, забезпечуючи безперервне охолодження всіх елементів станції керування і циркуляцію повітря Запропонована станція керування забезпечує якісне електропостачання, керування і всі необхідні захисти механізму, що має як мінімум один привід, що вимагає зміни числа оборотів і рекуперативного гальмування Проведені випробування макетних і дослідних зразків підтвердили досягнення необхідного технічного результату Фіг 1 Комп'ютерна верстка А Крижанівський Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601