Спосіб пуску двигуна змінного струму генераторної групи

Реферат: Спосіб пуску двигуна змінного струму генераторної групи включає подачу потоку електромагнітної енергії від джерела напруги змінного струму на перетворювач, подачу потоку електромагнітної енергії джерела напруги змінного струму на двигун змінного струму. Попередньо задають частоту обертання двигуна змінного струму, збуджують генератор постійного струму, подають перетворений потік енергії у якірне коло генератора постійного струму, контролюють поточне значення частоти обертання двигуна змінного струму, порівнюють із заданим значенням частоти обертання двигуна змінного струму. При досягненні поточної величини заданого значення частоти обертання двигуном змінного струму припиняють подачу перетвореного потоку електромагнітної енергії та здійснюють подачу потоку електромагнітної енергії джерела напруги змінного струму на двигун змінного струму. UA 73248 U (12) UA 73248 U UA 73248 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки, зокрема до енергоємних електромеханічних систем перетворення нерегульованого потоку електромагнітної енергії джерела напруги змінного струму в регульований потік механічної енергії в робочій зоні виконавчого механізму та може бути використано в різних галузях промисловості, де застосовуються потужні регульовані електроприводи за системою генератор-двигун, потужності яких порівнянні з потужностями системи електропостачання, наприклад електрифіковані екскаватори для відкритих гірських робіт. Відомий спосіб пуск асинхронного пуску двомашинного агрегату, що включає пряме безпосереднє вмикання двигуна змінного струму через мережений комутатор на повну напругу живильної мережі при незбудженому генераторі постійного струму (Гейлер Л.Б. Основы электропривода. - Минск, Вышэйшая школа, 1972. - 608 с. Ключев В.И. Теория электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 560 с.). Цьому способу пуску двигуна змінного струму привода за системою генератор-двигун притаманні технічні недоліки: циркуляція значних пускових струмів, за рахунок яких з'являється зниження ("просідання") напруги в лінії електропостачання, що веде безпосередньо до зменшення пускового моменту. Пускові струми досягають 5-7-кратного значення стосовно номінального струму при обмеженій величині пускового моменту та значних величинах реактивної потужності, що генерується. Значні пускові струми та реактивні потужності є причиною істотного зниження напруги в живильній мережі, що негативно позначається не тільки на пускових характеристиках двигуна змінного струму генераторної групи, але на режимах роботи устаткування, яке експлуатується та підключене до системи електропостачання, що може привести до виникнення аварійних режимів роботи устаткування (аварійного відключення) і, як наслідок, виникнення порушень у технологічних процесах. Крім того, значні пускові струми призводять до істотних механічних перевантажень на обмотки двигуна змінного струму та мережного вимикача (комутатора), що є причиною зменшення часу наробітку на відмову й передчасний вихід з експлуатації двигуна змінного струму та мережного вимикача. Найбільш близьким до пропонованого рішення за технічною суттю та результатом, який досягається, є асинхронний спосіб пуску електродвигуна змінного струму (Спосіб пуску асинхронного двигуна, деклараційний патент на корисну модель № 8075, заявлено 15.01.2005, опубл. 15.07.2005, бюл. № 7). У цьому способі пуску лише частково вирішуються проблеми пуску двигуна змінного струму, а саме: пускові струми обмежуються шляхом введення індуктивно-ємнісного перетворювача в статорне коло двигуна змінного струму. Індуктивноємнісної перетворювач зменшує пускові струми до припустимого рівня шляхом підтримання на постійному рівні діючого значення статорного струму двигуна змінного струму. Індуктивноємнісний перетворювач працює в резонансному режимі та генерує вихідний струм поза залежністю від значення навантажувального опору шляхом зміни вихідної напруги в широких межах. Недоліком такого способу пуску є значне зниження напруги на статорних обмотках двигуна змінного струму в період пуску. Так як при асинхронному пуску двигуна змінного струму його обертовий момент пропорційний квадрату напруги на статорі, тому будь-яке зменшення напруги на виході індуктивно-ємнісного перетворювача веде до квадратичного зменшення пускового моменту двигуна змінного струму. При такому способі пуску двигуна змінного струму вирішується проблема обмеження пускових струмів, але не вирішується проблема зменшення пускового моменту машини змінного струму за рахунок зниження напруги на статорних обмотках. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу пуску двигуна змінного струму генераторної групи, у якому шляхом зміни напрямків потоків електромагнітної енергії в період пуску, роду струму енергії, що подається, режимів робіт джерела живлення та черговість подачі потоків електромагнітної енергії в генераторну групу досягається усунення ударних пускових струмів у момент підключення двигуна змінного струму до мережі електропостачання при практично повній відсутності в мережі електропостачання реактивних потужностей, що генеруються у пускових режимах приводної системи генератор-двигун, і за рахунок цього підвищення безаварійного ресурсу роботи машини змінного струму, поліпшення енергетичних показників у період розгону генераторної групи й усунення впливу на систему електропостачання і підключених до неї навантажень, збільшення ефективності керування пуском двигуна змінного струму генераторної групи. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі пуску двигуна змінного струму генераторної групи, що включає подачу потоку електромагнітної енергії від джерела напруги змінного струму на перетворювач, подачу потоку електромагнітної енергії джерела напруги змінного струму на двигун змінного струму, згідно з корисною моделлю, попередньо задають 1 UA 73248 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 частоту обертання двигуна змінного струму, збуджують генератор постійного струму, подають перетворений потік енергії в якірне коло генератора постійного струму, контролюють поточне значення частоти обертання двигуна змінного струму, порівнюють із заданим значенням частоти обертання двигуна змінного струму та при досягненні поточної величини заданого значення частоти обертання двигуном змінного струму припиняють подачу перетвореного потоку електромагнітної енергії та здійснюють подачу потоку електромагнітної енергії джерела напруги змінного струму на двигун змінного струму. Спосіб пуску двигуна змінного струму привода генераторної групи пояснюється функціональною схемою. На кресл. позначено: 1 - система електропостачання; 2 - двигун змінного струму; 3 - якір генератора постійного струму; 4 - перший комутатор у мережі змінного струму двигуна змінного струму; 5 - індуктивно-ємнісний перетворювач із трифазним випрямлячем; 6 - якір двигуна постійного струму; 7 - третій комутатор у колах постійного струму індуктивно-ємнісного перетворювача із трифазним випрямлячем, двигуна постійного струму та генератора постійного струму; 8 - другий комутатор у колі змінного струму індуктивно-ємнісного перетворювача із трифазним випрямлячем; 9 - давач частоти обертання двигуна постійного струму; 10 - давач напруги генератора постійного струму; 11 - елемент порівняння; 12 - четвертий комутатор у колах постійного струму між генератором і двигуном постійного струму; 13 - блок задання частоти обертання або напруги якірного кола генератора постійного струму. Двигун змінного струму 2 і генератор постійного струму 3 знаходяться на одному валу. Двигун змінного струму 2 і індуктивно-ємнісний перетворювач із трифазним випрямлячем 5 підключені до системи електропостачання 1 через перший та другий комутатори 4 і 8, відповідно. Шини якірного кола генератора постійного струму 3 підключені через третій комутатор 7 до шин постійного струму індуктивно-ємнісного перетворювача із трифазним випрямлячем 5. Шина постійного струму генератора постійного струму 3 приєднана до шини постійного струму двигуна постійного струму 6 через четвертий комутатор 12. До входу задання пристрою порівняння 11 підключено блок задання 13 частоти обертання або напруги якірного кола 10 генератора постійного струму, а до входу порівняння пристрою 11 підключено давач частоти обертання 9 або давач напруги генератора постійного струму 3. Спосіб пуску двигуна змінного струму генераторної групи здійснюється таким чином. На весь період до закінчення пуску двигуна змінного струму 2 четвертий комутатор 12 від'єднує шину постійного струму генератора постійного струму 3 від шини постійного струму двигуна постійного струму 6. У початковому стані перший комутатор 4 перебуває в першому положенні та мережні обмотки двигуна змінного струму 2 відключені від системи електропостачання 1. Збуджують генератор постійного струму 3. Після появи збудження генератора 3 другий комутатор 7 перебуває в першому положенні та шини постійного струму індуктивно-ємнісного перетворювача із трифазним випрямлячем 5 підключають до шин постійного струму збудженого генератора постійного струму 3. Після переведення третього комутатора 7 у перше положення переводять в перше положення другий комутатор 8 і індуктивно-ємнісний перетворювач із трифазним випрямлячем приєднують до системи електропостачання 1. Електромагнітна енергія надходить від системи електропостачання 1 через індуктивно-ємнісний перетворювач із трифазним випрямлячем 5 на шини постійного струму збудженого генератора постійного струму 6, який працює в режимі двигуна з постійним пусковим моментом на валу та розганяє двигун змінного струму 2 до заданої частоти обертання. Момент досягнення заданої частоти обертання контролюють елементом порівняння 11 за поточним сигналом від давача частоти обертання 9 двигуна змінного струму 2 по відношенню до заданої величини частоти обертання двигуна змінного струму 2. Задана частота обертання надходить від блока 13. Аналогічно можливо управляти за вихідною напругою генератора постійного струму 3. Для цього замість сигналу від давача частоти обертання 9 на вході елемента порівняння 11, використовують сигнал від давача постійної напруги 10 генератора постійного струму 3 і задають сигнал постійної напруги на вхід елемента порівняння 11 від блока, що задає 13 (ця можливість на кресл. показано точковими лініями). Останнє пояснюється тим, що частота обертання двигуна змінного струму 2 в період пуску прямо пропорційна напрузі неробочого ходу в якірному колі збудженого генератора 3, тому замість сигналу від давача частоти обертання 9 можливо використовувати сигнал від давача постійної напруги 10 на шинах постійного струму генератора постійного струму 3. При досягненні заданої частоти обертання двигуном змінного струму 2 елементом порівняння 11 генерують сигнал спрацьовування, по якому відразу знімають збудження з генератора постійного струму 3 і по якому перший, третій, другий комутатори 4, 7, 8, перемикають з перших у другі положення. У других положеннях комутаторів 4, 7, 8 спочатку спрацьовує другий комутатор 8 і відключає шини змінного струму індуктивно-ємнісного 2 UA 73248 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 перетворювача із трифазним випрямлячем 5 від системи електропостачання 1. Потім спрацьовує третій комутатор 7 і відключає шини постійного струму індуктивно-ємнісного перетворювача із трифазним випрямлячем 5 від шин постійного струму генератора постійного струму 3, а потім першим комутатором 4 у другому положенні приєднують двигун змінного струму 2 до системи електропостачання 1. Розгін генераторної групи, при відключеному мережному двигуні змінного струму 2 від системи електропостачання 1, спричиняється енергією, що надходить від мережі змінного струму 1 через індуктивно-ємнісної перетворювач і трифазний випрямляч 5 на якірне коло збудженого генератора постійного струму 3. Операцію пуску двигуна змінного струму закінчують і переводять в друге положення четвертий комутатор 12 і з'єднують шину постійного струму двигуна постійного струму 6 із шиною постійного струму не збудженого генератора постійного струму 3. Фактично зміною напрямків потоків електромагнітної енергії в період пуску, режимів роботи джерел живлення та черговість подачі потоків електромагнітної енергії забезпечується постійність пускового моменту двомашинного агрегату. Обмеження ударних струмів забезпечує індуктивно-ємнісний перетворювач із трифазним випрямлячем 5, який шляхом підтримки на заданому рівні струму якоря збудженого генератора 3 постійного струму підтримує сталий пусковий момент. Генератор постійного струму 1 у пускових режимах працює двигуном. Пуск двигуна змінного струму генераторної групи 2 за способом, що заявляється, виконується безударно, плавно, з постійним пусковим моментом, без завантаження реактивною потужністю системи електропостачання та відсутності зниження ("провалів") напруги у мережі електропостачання 1. В цілому заявлений спосіб спуску двигуна змінного струму генераторної групи 2 з використання індуктивно-ємнісного перетворювача із трифазним випрямлячем 5 суттєво поліпшує енергетичні характеристики електромеханічної генераторної групи, що приводить до підвищення коефіцієнта потужності, зниження коефіцієнта спотворення й істотного зниження споживаної реактивної потужності та потужності спотворення в період пуску генераторної групи. Це пояснюється тим, що в індуктивно-ємнісному перетворювачі із трифазним випрямлячем 5 з боку вихідних шин постійного струму підтримується на заданому рівні незмінний постійний струм шляхом зміни вихідної напруги перетворювача, а з боку вхідних шин змінного струму синусоїдальний мережний струм збігається за фазою із синусоїдальною напругою системи електропостачання 1 у всьому діапазоні навантажень, що приводить до відсутності реактивної енергії, що генерується в період пуску електромеханічною генераторною групою. Зміна вихідної напруги індуктивно-ємнісного перетворювача із трифазним випрямлячем 5 не позначається на величині пускового моменту генераторної групи, тому що обертовий момент генератора постійного струму 3, що працює у пусковому режимі як двигун, визначається добутком незмінного за значенням вихідного постійного струму індуктивно-ємнісного перетворювача із трифазним випрямлячем 5 і незмінним за значенням потоком збудження генератора постійного струму 3. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб пуску двигуна змінного струму генераторної групи, що включає подачу потоку електромагнітної енергії від джерела напруги змінного струму на перетворювач, подачу потоку електромагнітної енергії джерела напруги змінного струму на двигун змінного струму, який відрізняється тим, що попередньо задають частоту обертання двигуна змінного струму, збуджують генератор постійного струму, подають перетворений потік енергії у якірне коло генератора постійного струму, контролюють поточне значення частоти обертання двигуна змінного струму, порівнюють із заданим значенням частоти обертання двигуна змінного струму та при досягненні поточної величини заданого значення частоти обертання двигуном змінного струму припиняють подачу перетвореного потоку електромагнітної енергії та здійснюють подачу потоку електромагнітної енергії джерела напруги змінного струму на двигун змінного струму. 3 UA 73248 U Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4