Станція керування асинхронними двигунами (варіанти)

1. Станція керування асинхронними двигунами, яка містить випрямляч напруги, підключений послідовно з ним ємнісний фільтр, обмежник перенапруг, підключений паралельно входу випрямляча, інвертор, що має діоди й ключі з керувальними входами, при цьому вхід інвертора зв'язаний з ємнісним фільтром, а вихід інвертора зв'язаний з обмотками, як мінімум, одного двигуна, датчик вхідної напруги інвертора, датчики вихідних струмів інвертора, блок керування, що виконаний у вигляді мікропроцесорного контролера, оснащеного пристроєм індикації й блоком живлення, і утримує формувачі сигналів, до виходів яких приєднані керувальні входи ключів інвертора, основний контактор, вхід якого підключений до мережі, а керувальний вхід основного контактора з'єднаний з виходом блока керування, зв'язаним з датчиком вхідної напруги інвертора, пристрій контролю опору ізоляції, що знижує трансформатор, первинна обмотка якого підключена до мережі, а вторинна обмотка з'єднана із блоком живлення блока керування, яка відрізняється тим, що містить блок захистів, керувальні виходи якого підключені до керувальних входів ключів інвертора й до керува 2 (19) 1 3 89701 4 обмотками, як мінімум, одного двигуна, датчик вхідної напруги інвертора, датчики вихідних струмів інвертора, блок керування, що виконаний у вигляді мікропроцесорного контролера, оснащеного пристроєм індикації й блоком живлення, і утримує формувачі сигналів, до виходів яких приєднані керувальні входи ключів інвертора, основний контактор, вхід якого підключений до мережі, а керувальний вхід основного контактора з'єднаний з виходом блока керування, зв'язаним з датчиком вхідної напруги інвертора, що знижує трансформатор, первинна обмотка якого підключена до мережі, а вторинна обмотка з'єднана із блоком живлення блока керування, яка відрізняється тим, що містить блок захистів, керувальні виходи якого підключені до керувальних входів ключів інвертора й до керувального входу основного контактора паралельно блоку керування, датчики вхідних струмів, установлені на вході випрямляча, виходи яких підключені до блока захистів, крім того, до блока захистів підключені датчики вихідних струмів інвертора, які паралельно підключені також і до блока керування, пристрій контролю трифазної мережної напруги, підключений паралельно входу випрямляча, при цьому один вхід пристрою контролю опору ізоляції підключений до кіл постійної напруги між ємнісним фільтром та інвертором, а другий вхід підключений до кіл змінної напруги на виході інвертора, при цьому виходи пристрою контролю опору ізоляції підключені до блока керування, крім того, блок керування випрямлячем містить трифазний резистивний міст, виходи якого через пристрої гальванічної розв'язки підключені до входу додаткового мікропроцесорного контролера, виходи якого з'єднані з керувальними входами ключів випрямляча, між випрямлячем і основним контактором установлений індуктивний фільтр. 6. Станція за п. 5, яка відрізняється тим, що містить реле, вхід якого підключений до вторинної обмотки понижувального трансформатора, а керувальний вхід реле підключений до блока керування, помножувач напруги, підключений безпосередньо до ємнісного фільтра і з'єднаний з виходом реле. 7. Станція за п. 5 або 6, яка відрізняється тим, що блок захисту зв'язаний із пристроєм контролю напруги живлення, підключеного паралельно вторинній обмотці понижувального трансформатора, паралельно до якого підключений також пристрій контролю перенапруг у колах живлення, вихідний контакт якого включений у коло між понижувальним трансформатором і блоком живлення блока керування. Винахід відноситься до керування асинхронними двигунами, і може бути використаним у гірничій промисловості для керування асинхронними двигунами механізмів гірничих машин, наприклад, очисних комбайнів. Відома станція керування асинхронним двигуном (патент RU 2219650, пріоритет від 12.11.2001, МПК Н02Р7/26, Н02Н7/08, Н02Н7/26, Н02Н7122), яка містить випрямляч і підключений послідовно з ним фільтр, блок керування, що містить формувачі сигналів, до виходів яких приєднані керувальні входи інвертора, який має діоди й ключі, зв'язаного на вході з фільтром, а на виході - з обмотками двигуна, а також, оснащена блоком керування випрямлячем, вихід якого з'єднаний з керувальним входом випрямляча, а вхід - із 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, які забезпечують • захист інвертора та інших компонентів. Недоліком станції є відсутність захисту випрямляча, інвертора, фільтра від перенапруг, зниження опору ізоляції та небезпечних струмів витоку на землю, а також відсутність захисту від струмів короткого замикання (надструмів) випрямляча й фільтра, та відсутність гальванічного розриву під час вимикання. Відома станція керування асинхронними двигунами (патент UA 6493, пріоритет від 06.09.2004, МПК Н02Р7/26, Н02Н7/08, Н02Н7/26, Н02Н7122), прийнята за прототип. Станція містить керований випрямляч напруги, який має діоди й ключі з керувальними входами, ємнісний фільтр, підключений послідовно з випрямлячем, обмежник перенапруг, підключений паралельно входу випрямляча, інвертор, що має діоди й ключі з керувальними входами, при цьому вхід інвертора зв'язаний з ємнісним фільтром, а вихід інвертора зв'язаний з обмотками, як мінімум, одного двигуна. Станція містить також датчик вхідної напруги інвертора, датчики вихідних струмів інвертора, блок керування, що виконаний у вигляді мікропроцесорного контролера, оснащеного пристроєм індикації й блоком живлення, і має формувачі сигнали, до виходів яких приєднані керувальні входи ключів інвертора, основний контактор, вхід якого підключений до мережі, а керувальний вхід основного контактора з'єднаний з виходом блока керування, зв'язаним з датчиком вхідної напруги інвертора, пристрій контролю опору ізоляції, що знижує трансформатор, первинна обмотка якого підключена до мережі, а вторинна обмотка з'єднана з блоком живлення блока керування. До ємнісного фільтра за допомогою діодів підключене допоміжне джерело живлення, яке за рахунок ШИМ-модуляції підвищує допоміжну напругу живлення до рівня, необхідного для попередньої зарядки конденсаторів ємнісного фільтра. Недоліком прототипу є те, що у разі виникнення короткого замикання у внутрішніх колах, пристрій керування вимикає сіткову напругу, однак при цьому не контролюється стан (закритийвідкритий) ключів інвертора, що може призвести до виходу їх з ладу при відключенні мережного 5 контактора. Крім того, замикання контролюються непрямим чином, без прямого контролю струмів з використанням процесорного блока керування, на який впливають збої при перехідних процесах. Також не контролюється наявність всіх фаз на вході випрямляча, що може призвести до перевантаження елементів випрямляча і ємнісного фільтра за відсутності однієї з фаз. Пристрій контролю опору ізоляції, підключений на вході випрямляча, не дозволяє здійснювати селективний контроль опору ізоляції вихідних кіл після інвертора й кіл постійного струму між випрямлячем, ємнісним фільтром та інвертором. Недоліком прототипу є також те, що прийнята схема зарядки конденсаторів ємнісного фільтра за допомогою допоміжного ШИМ-джерела, підключеного постійно до високої напруги через захисні діоди, має недостатню надійність через постійний вплив на елементи схеми високої пульсуючої напруги. Крім того, схема ШИМ-джерела досить складна й не дозволяє виконувати швидку зарядку конденсаторів великої ємності. Недоліком прототипу є також те, що ключі інвертора, керувальні входи яких підключені до блока керування, який живиться від допоміжного трансформатора, можуть знаходитися у неконтрольованому стані (відкритий-закритий) при коливанні або відключенні допоміжної напруги. Недоліком прототипу є також те, що станція може працювати тільки з керованим випрямлячем, що необхідно не для всіх умов. Недоліком прототипу є також те, що керування випрямлячем здійснюється від граничних датчиків струму, для яких характерне виникнення імпульсу напруги при ввімкненні ключа, що негативно позначається на елементах схеми, а також на інших споживачах, підключених до мережі. В основу винаходу поставлена задача: у станції керування асинхронними двигунами забезпечити захист всіх елементів станції від аварійних режимів, пов'язаних з виникненням небезпечних струмів, зникненням однієї з фаз трифазної живильної мережі, коливанням або відключенням допоміжної живильної напруги, пульсацією напруги при роботі керованого випрямляча. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що станція керування асинхронними двигунами, яка містить випрямляч напруги, підключений послідовно з ним ємнісний фільтр, обмежник перенапруг, підключений паралельно входу випрямляча, інвертор, що має діоди й ключі з керувальними входами, при цьому вхід інвертора зв'язаний з ємнісним фільтром, а вихід інвертора зв'язаний з обмотками, як мінімум, одного двигуна, датчик вхідної напруги інвертора, датчики вихідних струмів інвертора, блок керування, що виконаний у вигляді мікропроцесорного контролера, оснащеного пристроєм індикації й блоком живлення і містить формувачі сигнали, до виходів яких приєднані керувальні входи ключів інвертора, основний контактор, вхід якого підключений до мережі, а керувальний вхід основного контактора з'єднаний з виходом блока керування, зв'язаним з датчиком вхідної напруги інвертора, пристрій контролю опору ізоляції, що знижує трансформатор, первинна 89701 6 обмотка якого підключена до мережі, а вторинна обмотка з'єднана із блоком живлення блока керування, відповідно до винаходу, містить блок захистів, керувальні виходи якого підключені до керувальних входів ключів інвертора й до керувального входу основного контактора паралельно блоку керування, датчики вхідних струмів, установлені на вході випрямляча, виходи яких підключені до блока захистів, крім того, до блока захистів підключені датчики вихідних струмів інвертора, паралельно підключені також і до блока керування, пристрій контролю трифазної сіткової напруги, підключений паралельно входу випрямляча, який виконаний некерованим, при цьому один вхід пристрою контролю опору ізоляції підключений до кіл постійної напруги між ємнісним фільтром та інвертором, а другий вхід підключений до кіл змінної напруги на виході інвертора, виходи пристрою контролю опору ізоляції підключені до блока керування. Поставлена задача вирішується також за рахунок того, що при цьому станція, відповідно до винаходу, може мати реле, вхід якого підключений до вторинної обмотки понижувального трансформатора, а керувальний вхід реле підключений до блока керування, помножувач напруги, підключений безпосередньо до ємнісного фільтра та з'єднаний з виходом реле. Поставлена задача вирішується також у тому випадку, коли в станції, відповідно до винаходу, блок захисту зв'язаний із пристроєм контролю напруги живлення, підключеного паралельно вторинній обмотці понижувального трансформатора, паралельно до якого підключений пристрій контролю перенапруг у колах живлення, вихідний контакт якого включений у коло між понижувальним трансформатором і блоком живлення блока керування. Поставлена задача вирішується також у тому випадку, коли в станції, відповідно до винаходу, між випрямлячем і основним контактором установлений індуктивний фільтр. Поставлена задача вирішується також за рахунок того, що станція керування асинхронними двигунами, яка містить керований випрямляч напруги, що має діоди й ключі з керувальнимй входами, паралельно входу випрямляча підключений блок керування випрямлячем, послідовно з випрямлячем підключений ємнісної фільтр, обмежник перенапруг, підключений паралельно входу випрямляча, інвертор, що має діоди й ключі з керувальнимй входами, при цьому вхід інвертора зв'язаний з ємнісним фільтром, а вихід інвертора зв'язаний з обмотками, як мінімум, одного двигуна, датчик вхідної напруги інвертора, датчики вихідних струмів інвертора, блок керування, виконаний у вигляді мікропроцесорного контролера, оснащеного пристроєм індикації й блоком живлення, і який містить формувачі сигналів, до виходів яких приєднані керувальні входи ключів інвертора, основний контактор, вхід якого підключений до мережі, а керувальний вхід основного контактора з'єднаний з виходом блока керування, зв'язаним з датчиком вхідної напруги інвертора, пристрій контролю опору ізоляції, який знижує трансформатор, первинна 7 обмотка якого підключена до мережі, а вторинна обмотка з'єднана із блоком живлення блока керування, відповідно до винаходу, містить блок захистів, керувальні виходи якого підключені до керувальних входів ключів інвертора паралельно блоку керування, датчики вхідних струмів, установлені на вході випрямляча, виходи яких підключені до блока - захистів, пристрій контролю трифазної сіткової напруги, підключений паралельно входу випрямляча, при цьому один вхід пристрою контролю опору ізоляції підключений до кіл постійної напруги між ємнісним фільтром та інвертором, а другий вхід підключений до кіл змінної напруги на виході інвертора, виходи пристрою контролю опору ізоляції підключені до блока керування, крім того, блок керування випрямлячем містить трифазний резистивний міст, виходи якого через пристрої гальванічної розв'язки підключені до входу додаткового мікропроцесорного контролера, виходи якого з'єднані з керувальними входами ключів випрямляча, а між випрямлячем і основним контактором установлений індуктивний фільтр. Поставлена задача вирішується також за рахунок того, що при цьому станція, відповідно до винаходу, може містити реле, вхід якого підключений до вторинної обмотки понижувального трансформатора, а керувальний вхід реле підключений до блока керування, і помножувач напруги, підключений безпосередньо до ємнісного фільтра та з'єднаний з виходом реле. Поставлена задача вирішується також у тому випадку, коли в станції, відповідно до винаходу, блок захисту зв'язаний із пристроєм контролю напруги живлення, підключеного паралельно вторинній обмотці понижувального трансформатора, паралельно до якого підключено також пристрій контролю перенапруг у колах живлення, вихідний контакт якого включений у коло між понижувальним трансформатором і блоком живлення блока керування. Наявність у станції блока захистів, керувальні виходи якого підключені паралельно блоку керування, дозволяє виконувати контроль струмів на вході й виході і, тим самим, забезпечити захист від небезпечних струмів у випрямлячі, ємнісному фільтрі, інверторі й у двигунах навіть у разі збоїв у мікропроцесорному контролері. Встановлення пристрою контролю трифазної напруги дозволяє уникнути небезпечних, режимів роботи у разі зникнення однієї з фаз мережі. Підключення пристрою контролю опору ізоляції до входу інвертора й на його виході дозволяє здійснити роздільний контроль і захист із заданим порогом спрацьовування у разі неприпустимого зниження опору ізоляції кіл постійної напруги між випрямлячем та інвертором і кіл змінної напруги, підключених до інвертора кабелів і двигунів. Використання некерованого випрямляча дозволяє істотно спростити та здешевіти станцію керування, забезпечивши при цьому її нормальну роботу для досить широкої сфери умов експлуатації. А за необхідності застосування керованого випрямляча, що дозволяє забезпечити рекуперативне гальмування, використання блока керування 89701 8 випрямлячем, який містить трифазний резистивний міст і додатковий мікропроцесорний контролер, дозволяє забезпечити ввімкнення ключів саме в той момент, коли напруга в даній фазі найбільш близько до величини напруги на ланці постійного струму, при цьому комутація ключа здійснюється «м'яко» за допомогою ШИМ-сигналу. Це дозволяє уникнути імпульсних комутаційних перенапруг, виключити збої в роботі. Встановлення індуктивного фільтра дозволяє знизити струмове навантаження при комутації ключів випрямляча, а також знизити негативний вплив від комутації ключів випрямляча та інвертора на інші споживачі, підключені до тієї ж мережі. Зарядка конденсаторів ємнісного фільтра від помножувача напруги дозволяє істотно спростити схему, забезпечивши при цьому заряд конденсаторів великої потужності, а підключення помножувача через реле, яке відключається під час ввімкнення мережного контактора, дозволяє уникнути тривалого впливу на схему високої напруги, підвищити надійність станції. Встановлення блока захисту, який забезпечує швидке запирання ключів інвертора в обхід мікропроцесорного контролера, дозволяє забезпечити контрольоване відключення інвертора під час різних аварійних режимів, у тому числі при коливаннях або зникненні напруги живлення. Наявність пристрою контролю перенапруг у колах живлення дозволяє відключити напругу живлення у випадку досягнення ним неприпустимого рівня, що дозволить уникнути його негативного впливу на елементи схеми й підвищити надійність станції. Суть винаходу пояснюється кресленнями. На Фіг.1 зображена структурна схема станції керування асинхронними двигунами у варіанті з некерованим випрямлячем. На Фіг.2 зображена структурна схема станції керування асинхронними двигунами у варіанті з керованим випрямлячем. На Фіг.3 зображена принципова схема керованого випрямляча й блока керування випрямлячем. Станція керування асинхронними двигунами містить випрямляч напруги 1, підключений послідовно з ним ємнісний фільтр 2, датчики вхідних струмів випрямляча 3, обмежник перенапруг 4 і пристрій контролю трифазної сіткової напруги 5, підключені паралельно входу випрямляча, інвертор 6, що має діоди й ключі з керувальними входами 7-12, при цьому вхід інвертора 6 зв'язаний з ємнісним фільтром 2, а вихід інвертора зв'язаний з обмотками, як мінімум, одного двигуна ІЗ, датчик вхідної напруги інвертора 14, датчики вихідних струмів інвертора 15, блок керування 16, що виконаний у вигляді мікропроцесорного контролера, оснащеного пристроєм індикації 17 і блоком живлення 18, і містить формувачі сигналів 19-24, до виходів яких приєднані керувальні входи 7-12 ключів інвертора 6, пристрій контролю опору ізоляції 25, один вхід якого підключений до кіл постійної напруги між ємнісним фільтром 2 та інвертором 6, а другий вхід - до кіл змінної напруги на виході інвертора 6, при цьому вихід пристрою контролю опору ізоляції 25 з'єднаний із блоком керування 9 16. Станція керування містить також основний (мережний) контактор 26, вхід якого підключений до мережі, а керувальний вхід основного контактора з'єднаний з виходом блока керування 16, зв'язаним з датчиком вхідної напруги інвертора 14. У варіанті виконання станції з некерованим випрямлячем 1, між ним і мережним контактором 26 може бути включений індуктивний фільтр 27. Станція керування має також понижувальний трансформатор 28, первинна обмотка якого підключена до мережі. До вторинної обмотки понижувального трансформатора 28 через контакт пристрою захисту від перенапруг 29 підключений блок живлення 18 блока керування 16, а через реле 30 підключений вхід помножувача напруги 31, вихід якого підключений до ємнісного фільтра 2. Крім того, станція оснащена блоком захисту 32, керувальні входи якого 33-38 підключені до керувальних входів 7-12 ключів інвертора, а також до керувального входу мережного контактора паралельно блоку керування 16. Блок захисту з'єднаний із пристроєм контролю напруги живлення 39 і датчиками вхідних струмів 3, також до блока захистів паралельно із блоком керування підключені датчики вихідних струмів інвертора 15. У варіанті виконання станції з керованим випрямлячем 1, станція містить підключений паралельно випрямлячу блок керування випрямлячем 40 за обов'язкової наявності індуктивного фільтра 27. Керований випрямляч у цьому випадку містить аналогічно інвертору 6 діоди 41 і ключі 42, з керувальними входами 43-48. Блок керування випрямлячем 40 містить трифазний резистивний міст, виходи якого через пристрої гальванічної розв'язки 49 підключені до додаткового мікропроцесорного контролера 50, керувальні входи якого 51-56 підключені до керувальних входів 43-48 ключів випрямляча. Реалізація винаходу здійснюється таким чином. Понижувальний трансформатор 28, підживлений від мережі, подає напругу на пристрій контролю перенапруг 29. У випадку припустимого рівня напруги живлення через контакт пристрою 29 напруга живлення подається на блок живлення 18 блока керування 16, який за допомогою пристрою контролю опору ізоляції 25 перевіряє припустимий рівень опору ізоляції внутрішніх кіл постійної напруги й зовнішніх кіл змінної напруги. У випадку задовіль 89701 10 них результатів перевірки вмикається реле 30, підключаючи помножувач напруги 31 до ємнісного фільтра 2, виконується зарядка конденсаторів до заданої величини, контрольованої датчиком 14. Після закінчення зарядки реле 30 вимикається і вмикається контактор 26, подаючи напругу через індуктивний фільтр 27 на вхід випрямляча 1. Наявність напруги й припустимий її рівень контролюється по всіх трьох фазах пристроєм контролю трифазної сіткової напруги 5. Блок керування 16, за допомогою формувачів сигналів 19-24 за певним алгоритмом подає команди контрольований на вході випрямляча 1 датчиками 3, на виході інвертора - датчиками 15. У випадку перевищення струмом заданого порога відбувається запирання ключів інвертора блоком керування 16 або блоком захистів 32, залежно від місця, де відбулося замикання, напруга із входу випрямляча знімається за рахунок відключення мережного контактора 27 по команді або блока керування, або блока захисту, силові кола станції знеструмлюються. За показниками всіх датчиків блок керування виявляє місце ушкодження і його характер. У разі зникнення сіткової напруги або напруги живлення, за сигналом пристрою контролю напруги живлення 39 або пристрою контролю трифазної сіткової напруги 5, блок захисту 32 за допомогою формувачів сигналів 3338 подає сигнали на керувальні входи 7-12 для запирання ключів інвертора. У варіанті станції з керованим випрямлячем за необхідності забезпечення рекуперативного гальмування паралельно входу випрямляча 1 підключається блок керування випрямлячем 40, який містить трифазний резистивний міст, виходи якого через пристрої гальванічної розв'язки 49 підключені до додаткового мікропроцесорного контролера 50. Додатковий мікропроцесорний контролер здійснює контроль напруги по кожній фазі й у момент досягнення напруги в даній фазі нульового значення за допомогою керувальних входів 51-56 подає сигнал на відповідний вхід 43-48 ключів випрямляча для їхнього відкривання. Запропонована станція керування забезпечує захист всіх елементів від аварійних режимів, пов'язаних з виникненням небезпечних струмів, відсутністю однієї з фаз трифазної живильної мережі, коливанням або відключенням допоміжної живлячої напруги, пульсацією напруги при роботі керованого випрямляча. 11 89701 12 13 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 89701 Підписне 14 Тираж 26 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 – 42, 01601