Комплектний вибухобезпечний пристрій для плавного пуску електродвигунів

1. Комплектний вибухобезпечний пристрій для плавного пуску електродвигунів, що містить вибухобезпечний корпус, в яких встановлені реверсивний роз'єднувач, прохідні затискачі, вимірювальний трансформатор, перший і другий трансформатори напруги, запобіжники, силовий тиристорний блок, що містить тиристори, встановлені на радіатори, що обдувають вентилятором, контактор подачі напруги на тиристорний блок, шунтувальний контактор, блок дистанційного керування, блок контролю ізоляції зовнішніх ланцюгів, блок контролю заземлюючого проводу, блок контролю температури електродвигуна, блок мікропроцесорного керування із блоком індикації й блоком вибору режимів роботи, перший і другий датчики струму, причому роз'єднувач з'єднаний із затискачами пристрою, вимірювальний трансформатор з'єднаний з контролюючим приладом, перший трансформатор напруги з'єднаний із системою керування силового тиристорного блока, другий трансформатор через проміжні реле з'єднаний з котушками контакторів, і подає напругу на силовий тиристорний блок і шун тувальний контактор, силові контакти якого з'єднані паралельно із силовим тиристорним блоком, блок дистанційного керування з'єднаний з контактами блоків контролю ізоляції, контролю заземлюючого проводу, контролю температури електродвигунів, блок мікропроцесорного керування першим і другим виходом з'єднаний з силовим тиристорним блоком і блоком індикації відповідно, два входи блока мікропроцесорного керування з’єднані з першим й другим датчиками струму, третій вхід блока з’єднаний з блоком вибору режимів роботи, який відрізняється тим, що в пристрій введений блок перетворення вхідних сигналів, що має блок синхронізації, блок автофазування, блок максимального струмового захисту, блок датчика стану тиристорів, два блоки дистанційного керування, два датчики струму, три блоки струмового захисту, причому перший ви хід блока синхронізації з'єднаний із входом 2 (19) 1 3 31506 4 плавного пуску електродвигунів за п. 1, який відрізняється тим, що блок максимального струмового захисту містить перший і другий інвертори, перший й другий RC-ланцюги, піковий детектор, компаратор, причому вхід ершого інвертора з'єднаний з виходом блока мікропроцесора, на якому формується імпульс керування тиристором, вихід другого інвертора з'єднаний із входом першого RCланцюга, вихід якого з'єднаний із входом другого інвертора, вихід його з'єднаний з першим входом логічного елемента І, другий вхід якого з'єднаний з виходом блока синхронізації, вихід логічного еле мента І з'єднаний із входом другого RC-ланцюга, вихід якого з'єднаний із входом пікового детектора, вихід якого з'єднаний з першим входом компаратора, другий вхід якого з'єднаний з виходом блока вибору режимів роботи. 4. Комплектний вибухобезпечний пристрій для плавного пуску електродвигунів за п. 1, який відрізняється тим, що блок тиристорів містить три пари паралельно включених тиристорів, які встановлені на стінці вибухобезпечного корпуса через теплопроводні електроізоляційні пластини. Корисна модель належить до рудничного вибухобезпечного електроустаткування, зокрема, до вибухобезпечних тиристорних пристроїв, призначеним для плавного пуску трифазних асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором шляхом плавного підвищення напруги на статорі від мінімального значення до номінальної величини. Відомо вибухобезпечний тиристорний пристрій плавного пуску, що містить вибухобезпечний корпус, у яких установлені роз'єднувач, прохідні струмоведучі затискачі, силові комутаційні апарати, струмоведучі шини, з'єднані зі згаданими затискачами, проміжні реле, силовий тиристорний блок, що містить тиристори, установлені на спеціальних радіаторах, що обдувають вентилятором, мікропроцесорну систему керування, що забезпечує формування керуючих імпульсів для тиристорів, максимальний струмовий захист і захист від перевантаження електродвигуна, що працює при повністю відкритих тиристорах на номінальній напрузі мережі [1]. До недоліків відомого вибухобезпечного пристрою варто віднести відсутність функції гальмування й максимального струмового захисту електродвигуна, що працює при неповністю відкритих тиристорах на напрузі нижче номінального. У відомому пристрої система охолодження містить вентилятор, що знижує надійність роботи пристрою. Як прототип прийнятий відомий вибухобезпечний тиристорний пристрій для плавного пуску електродвигунів [2], що містить вибухобезпечний корпус, у якому встановлені реверсивнийроз'єднувач, прохідні затискачі, вимірювальний трансформатор, з'єднаний з контролюючим приладом, перший, другий і третій трансформатори напруги, першу й другу груп у запобіжників, силовий тиристорний блок, що містить тиристори, установлені на спеціальних радіаторах, що обдувають вентилятором, контактор подачі напруги на тиристорний блок, шунтувальний контактор, перше, друге, третє проміжні реле, блок контролю ізоляції зовнішніх ланцюгів, блок контролю заземлюючого проводу, блок контролю температури керованих електродвигунів, блок мікропроцесорного керування із блоком індикації й блоком вибору режимів роботи, перший і другий датчика струму, причому роз'єднувач з'єднаний з вихідними затискачами пристрою, вимірювальний трансформатор з'єднаний з контролюючим приладом, перший трансформатор напруги живить систему керування тиристорним блоком, другий трансформатор напруги живить котушку контактора подачі напруги на тиристорний блок і котушку шунтового контактора, силові контакти якого з'єднані паралельно із силовим тиристорним блоком, контакт першого проміжного реле з'єднаний послідовно з котушкою контактора подачі напруги, контакт другого проміжного реле з'єднаний послідовно з котушкою шунтового контактора, котушка першого проміжного реле з'єднана з котушкою другого проміжного реле й з послідовно з'єднаними контактами блоків контролю ізоляції зовнішніх ланцюгів, контролю заземлюючого проводу, контролю температури керованих електродвигунів, третій трансформатор напруги з'єднаний з контактом третього проміжного реле, друга сторона цього контакту з'єднана з вихідним затискачем пристрою, мікропроцесорний блок своїм виходом приєднаний до тиристорного блоку, що складає із трьох пар зустрічно - паралельно включених тиристорів (можуть бути в модульному виконанні), другим виходом мікропроцесорний блок приєднаний до блоку індикації, два входи мікропроцесорного блоку приєднані до першого й другого датчиків струм у. У даному пристрої частково усун уті недоліки за рахунок введення функції динамічного гальмування. У теж час, відомо, що використовуване в прототипі динамічне гальмування асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором мало ефективно при більших потужностях електродвигуна. У прототипі відсутній максимальний струмовий захист електродвигуна, що працює при неповністю відкритих тиристорах і напрузі нижче номінального. Система охолодження тиристорів містить вентилятор, що знижує надійність пристрою. В основу корисної моделі поставлено завдання, підвищити надійність вибухобезпечного пристрою плавного пуску за рахунок використання максимального струмового захисту електродвигуна при розгоні при неповністю відкритих тиристорах і напрузі нижче номінального, введення в систему керування пристрою надійного малочутливого до перешкод пристрою контролю чергування фаз трифазної мережі, що дозволяє реалізувати інші види гальмування, наприклад, противключення, а також використання природного охолодження тиристорів шляхом установи їх на 5 31506 вибухобезпечну поверхню корпуса пристрою керування. Для досягнення необхідного результату в пристрій уведений блок перетворення вхідних сигналів, що складає із блоку синхронізації, блоку автофазировки, блоку максимального струмового захисту, блок датчика стану тиристорів, два блоки дистанційного керування, два датчики струму, три блоки струмового захисту при цьому перший вихід блоку синхронізації з'єднаний із входом блоку мікропроцесора, другий вихід з'єднаний з першим входом максимального струмового захисту, вхід блоку синхронізації з'єднаний з виходом першого трансформатора напруги, другий вхід блоку максимальної струмової захисту з'єднаний з виходом блоку вибору режимів роботи, третій вхід блоку максимального струмового захисту з'єднаний з першим датчиком струму, ви хід блоку максимального струмового захисту з'єднаний із входом блоку мікропроцесора, перший вхід блоку авто фазировки з'єднаний з виходом першого трансформатора напруги, др угий вхід блоку автофазировки з'єднаний з виходом другого трансформатора напруги, вихід блоку автофазировки з'єднаний із входом блоку мікропроцесора, вихід блоку тиристорів з'єднаний із входом блоку датчика стану тиристорів, а вихід датчика стану тиристорів з'єднаний із входом блоку мікропроцесора, контакт другого блоку дистанційного керування з'єднаний із входом блоку мікропроцесора, вхід другого блоку дистанційного керування з'єднаний із входом (включення/відключення) гальмування, контакт першого блоку дистанційного керування з'єднаний послідовно з контактами блоків струмових захистів і контактом блоку контролю ізоляції, вхід другого блоку дистанційного керування з'єднаний із входом (включення/відключення) пристрою керування, другий датчик струму з'єднаний з першим блоком струмового захисту, третій датчик струму з'єднаний з другим блоком струмового захисту, че твертий датчик струму з'єднаний із третім блоком струмового захисту. Крім того, запропоновані схеми блоків автофазировки й максимального струмового захисту. Уведений у пристрій блок автофазировки дозволяє контролювати чергування фаз у трифазній мережі по двох фазах мережі й має підвищену перешкодозахищеність, оскільки відсутні елементи, побудовані на тригерах. Блок максимального струмового захисту дозволяє здійснити захист від коротких замикань у шинах, що відходять, при знижених напругах живлення електродвигуна в період розгону. Використання природного охолодження тиристорів шляхом установки їх через ізолюючі теплопроводящие пластини на стінці вибухобезпечного корпуса дозволяє забезпечити достатній відвід тепла й виключити зі схеми вентилятор. Запропонована корисна модель відповідає вимогам винахідницького рівня, тому що істотні ознаки комплектного вибухобезпечного пристрою для плавного пуску електроприводів, що відрізняють заявлене технічне рішення, відрізняються від прототипу й у відомих пристроях не виявлені. Сутність запропонованого технічного рішення 6 представлена на малюнках, де: на Фіг.1 показана функціональна схема комплектного вибухобезпечного пристрою плавного пуску УКТВ; на Фіг.2 показана функціональна схема блоку автофазировки; на Фіг.3 показана функціональна схема блоку максимальної струмової захисту; на Фіг.4 показані тимчасові діаграми напруг на елементах схеми автофазировки при прямої послідовності фаз; на Фіг.5 показані тимчасові діаграми напруг на елементах схеми автофазировки при зворотній послідовності фаз; на Фіг.6 показані діаграми напруг на елементах схеми максимального струмового захисту. Пристрій плавного пуску містить блок перетворення вхідних сигналів 1, що складається із блоку синхронізації 2, блоку автофазировки 3, блоку максимального струмового захисту 4, блоку індикації 5, блоку мікропроцесора 6, блоку вибору режимів роботи 7, контролюючого приладу 8, групи запобіжників 9, контактора 10, блоку тиристорів 11, датчика стану тиристорів 12, датчика струму 13, реверсивного роз'єднувача 14, вимірювального трансформатора 15, групи запобіжників 16, контактора 17, датчиків струму 18, 19, трансформаторів напруги 20, 21, блоку дистанційного керування 22, проміжного реле 23, трансформаторів напруги 24, 25, проміжного реле 26, блоку стр умового захисту 27, блоку контролю ізоляції 28, блоків струмового захисту 29, 30, блоку дистанційного керування 31, проміжного реле 32, входи керування 33, 34, датчика струму 35. Блок синхронізації 2 першим входом з'єднаний із блоком мікропроцесора, другим виходом з першим входом блоку максимального струмового захисту, вхід блоку синхронізації підключений до трансформатора 20, перший вхід блоку 3 автофазировки підключений до трансформатора 21, другий вхід - до трансформатора 20, вихід підключений до входу блоку мікропроцесора, другий вхід блоку 4 максимального струмового захисту підключений до першого виходу блоку 7 вибору режимів роботи, третій вхід блоку 4 з'єднаний з датчиком струму 18, вихід блоку з'єднаний із входом блоку мікропроцесора, другі виходи блоку вибору режимів роботи 7 приєднані до входів блоку мікропроцесора 6, входи блоку індикації 5 приєднані до виходів блоку мікропроцесора, трансформатор 20 другим входом приєднаний до запобіжників 9, які з'єднані з вимірювальним трансформатором 15, датчиком струму 35 і групою запобіжників 16, вимірювальний трансформатор 15 з'єднаний з контролюючим приладом 8 і роз'єднувачем 14, друга сторона якого приєднана до вихідних затискачів пристрою, друга сторона запобіжників 16 з'єднана із трансформаторами 21, 24, вихід трансформатора 21 з'єднаний із проміжним реле 26 і трансформатором 25, вихід якого з'єднаний із блоком контролю ізоляції 28 і блоком дистанційного керування 31, що з'єднаний із кнопкою 33, блок струмового захисту 30 з'єднаний з датчиком струму 13, блок струмового захисту 29 з'єднаний з датчиком струму 19, вихід трансформатора 24 з'єднаний через контакт проміжного реле 32 з ви 7 31506 хідними затискачами пристрою, контактор 17 однією стороною з'єднаний з датчиком струму 35, іншою - із силовим тиристорним блоком 11, до якого паралельно приєднаний контактор 10, шість входів блоку 11 з'єднані з вихідними блоку 6, другий вихід блоку 11 з'єднаний з датчиком струму 18, вхід блоку 12 датчика стану тиристорів з'єднаний із блоком 11, а вихід із входом блоку 6, вихід блоку 22 дистанційного керування з'єднаний із входом блоку мікропроцесора, а вхід - із кнопкою 34, вхід проміжного реле 23 з'єднаний з виходом блоку мікропроцесора, а також вхід контактора 10 з'єднаний з виходом блоку мікропроцесора. Блок автофазировки 3 містить детектори 36, 37 нульового рівня, формувач допоміжного імпульсу 38, логічний елемент АБО 39, детектор пропуску імпульсу 40. Блок формувача 38 допоміжного імпульсу з'єднаний з виходом детектора 36 нульового рівня фази А и с першим входом логічного елемента 39 АБО, вихід формувача допоміжного імпульсу з'єднаний із другим входом логічного елемента АБО, вихід детектора 37 нульового рівня фази В з'єднаний із третім входом логічного елемента АБО, вихід якого з'єднаний із входом детектора пропуску імпульсу 40, ви хід якого з'єднаний із входом блоку мікропроцесора 6. Блок максимального струмового захисту 4 містить інвертори 41, 43 RC-ланцюга 42, 45, піковий детектор 46, компаратор 47. Вхід інвертора 41 мікропроцесору з'єднаний із блоком МП, а саме, з ланцюгом керування позитивною напівхвилею фази 3, вихід інвертора 41 з'єднаний із входом RCланцюга 42, вихід якої з'єднаний із входом інвертора 43, вихід його з'єднаний з першим входом логічного елемента 4 И, другий вхід якого з'єднаний з виходом блоку синхронізації 2, вихід логічного елемента И з'єднаний із входом RC-ланцюга 45, вихід якої з'єднаний із входом пікового детектора 46, вихід пікового детектора з'єднаний с першим входом компаратора 47, другий вхід якого з'єднаний з виходом блоку 7. Пристрій працює в такий спосіб. При включенні роз'єднувача 14 напруга подається на пристрій. Блок мікропроцесора 6 ініціалізується, сприймає початкові сигнали від блоків синхронізації 2, автофазировки 3, максимального струмового захисту 4, блоку вибору режимів роботи 7, датчика стану тиристорів 12. По характеру сигналу від блоку автофазировки 3 вибирається режим роботи пристрою - робота від прямого проходження фаз мережі або від зворотного. На блоці індикації 5 відбивається інформація про порядок проходження фаз мережі. Кнопкою 33 включається блок дистанційного керування 31, що своїм замикаючим контактом через замкнуті контакти блоків струмового захисту 27, 29, 30 і контакт блоку контролю ізоляції 28 включає проміжне реле 26, що подає напругу на котушку контактора 17, таким чином, включається контактор 17 і напруга мережі подається на блок тиристорів 11. Одночасно, здійснюється запуск блоку мікропроцесора 6 на формування керуючих імпульсів силовим тиристорним блоком. На виході блоку тиристорів з'являється плавно, що збільшується напруга, що прикладає 8 до підключеного навантаження. У процесі запуску може виникнути аварійна ситуація викликана коротким замиканням на силовому кабелі, що відходить, при напрузі меншому мінімально припустимого. У цьому випадку з виходу блоку максимального струмового захисту 4 на вхід блоку 6 мікропроцесора надходить сигнал нульового рівня й блоку мікропроцесора видає сигнал на відключення контактора 17 через проміжне реле 23. Після повного відкриття тиристорів блок мікропроцесора видає сигнал на включення контактора 10, шунтуючого силовий тиристорний блок 11. Переклад пристрою в режим гальмування відбувається після натискання кнопки 34 через контакт блоку дистанційного керування 22 подачею нульового рівня на вхід блоку мікропроцесора. З датчика стану тиристорів 12 у блок мікропроцесора надходить інформація, що служить для блокування роботи при пробої, обриві тиристорів, провалля імпульсів керування й перекосі фаз живлячої напруги. У блоці вибору режимів роботи 7 задається час розгону електродвигуна, початкова напруга пуску, тимчасова характеристика пуску, уставка максимального струмового захисту. Напруга допоміжного джерела із трансформатора 24 подається на вихід пристрою за допомогою проміжного реле 32. Блок 3 автофазировки працює в такий спосіб. Детектори 36, 37 нульового рівня виділяють із синусоїдальної напруги нульові рівні й формують у ці моменти часу короткі імпульси позитивної полярності. Імпульси з виходів детекторів 36, 37 надходять на входи елемента АБО. Імпульс із виходу детектора 36 також надходить на вхід формувача допоміжного імпульсу 38, вихід якого з'єднаний із третім входом елемента АБО. Формувач допоміжного імпульсу формує на своєму виході імпульс по тривалості, формі й частоті аналогічний імпульсам з виходів детекторів 36, 37. Даний імпульс зрушує стосовно імпульсу з детектора 36 на 60 ел. град., тобто він відповідає імпульсу відсутнього детектора нульового рівня фази С. На виході елемента АБО формується послідовність імпульсів з інтервалом 60 ел. град, (частота 300Гц). Імпульси надходять на вхід детектора пропуску імпульсів 40. У випадку проходження імпульсів із частотою 300Гц на виході детектора пропуску імпульсів присутній сигнал високого рівня. Якщо частота зменшується, що відповідає пропуску імпульсу, на ви ході з'являються імпульси нульового рівня. Вихідний сигнал детектора пропуску імпульсів надходить на вхід блоку мікропроцесора. Тимчасові діаграми напруг на входах, імпульсів на виходах де текторів 36, 37 нульового рівня, виході формувача допоміжного імпульсу, при прямому й зворотному чергуванні фаз мережі показані на діаграмах U1, U2, U3, U4, U5 (Фіг.4, Фіг.5) відповідно. При прямому чергуванні фаз мережі на виході елемента АБО є присутнім імпульси з однаковим інтервалом 60 ел. град. На виході детектора пропуску імпульсу є логічна "1", що надходить на вхід блоку мікропроцесора. Тимчасова діаграма на виходах елементів АБО й де тектора пропуску імпульсів показані на діаграмах U6, U7 (Фіг.4, Фіг.5 ) відповідно. 9 31506 При зворотному чергуванні фаз на виході елемента АБО рівномірність проходження імпульсів порушена. На виході детектора пропуску імпульсів з'я вляються імпульси нульового рівня, які надходять на вхід блоку мікропроцесора й викликають виконання команди для роботи при зворотному чергуванні фаз. Тимчасові діаграми на виходах елементів АБО й детектора пропуску імпульсів показані на діаграмах U6, U7 (Фіг.5) відповідно. Як формувач допоміжного імпульсу був використаний генератор затриманого імпульсу на мікросхемі К564АГ1 [3], а як детектор пропуску імпульсу одновібратор на мікросхемі КР1006ВИ1 [4]. Використання запропонованого пристрою в системах контролю й захисту трифазних споживачів від неправильного чергування фаз, а також у системах автоматичної фазировки тиристорних перетворювачів, зокрема для горношахтного електроуста ткування, у порівнянні з відомим, дозволяє спростити схему підключення до фаз мережі й підвищити надійність за рахунок виключення тригерних елементів. Блок 4 максимальні струмові захисти працює в такий спосіб. Імпульс керування тиристором для позитивної напівхвилі фази С у виді пачки коротких імпульсів (частоти 10кгц) шириною 120 ел. град. (Фіг.6, діаграма U1) надходить із виходу блоку мікропроцесора на вхід інвертора 41, вихідний сигнал якого зображений на діаграмі U2 (Фіг.6). Потім цей сигнал проходить через RC-ланцюг 42 включену за схемою фільтра. У результаті, на виході ви ходить імпульс нульового рівня - діаграма U3 (Фіг.6). Отриманий сигнал інвертується інвертором 43 і надходить на перший вхід логічного елемента 44 - И, (діаграма U4, Фіг.6) на другий вхід якого надходить імпульс, що синхронізує роботу СИФУ в блоці мікропроцесора пристрою щодо позитивної напівхвилі фази А живильної мережі. Синхронізуючий імпульс має фіксовану прив'язку до певної фази мережі, у той час як керуючі імпульси в процесі роботи СИФУ пересуваються щодо імпульсу синхронізації в межах діапазону кута регулювання тиристорів. На виході логічного елемента 44 - И утвориться позитивний імпульс по ширині дорівнює сполученим частинам керуючого імпульсу й синхронізуючого. Це видно з діаграми U6 (Фіг.2а). Ширина цього імпульсу t-t2. Далі цей імпульс проходячи через RC-ланцюг 31 з більшої постійної часу перетвориться в пилкоподі 10 бну напругу (діаграма U7, Фіг.2а), максимальне значення якого пропорційно ширині імпульсу, зміні кута керування тиристорами й, отже, вихідній напрузі блоку тиристорів. Таким чином, виділений сигнал можна використати в якості опорної напруги, що змінюється, для виконавчого елемента (компаратора) максимального струмового захисту пристрою плавного пуску електродвигунів. Сигнал U7 надходить на вхід пікового детектора 46, вихідна напруга U8 якого має постійне значення й дорівнює максимальному значенню U7. Сигнал напруги U8 надходить на перший вхід компаратора 47, на другий вхід компаратора надходить напруга від блоку вибору режимів роботи 7, пропорційна току навантаження в продовженні зміни напруги на ній починаючи з максимального заданого кута регулювання тиристорів до мінімального. Струмовий сигнал у блоці 7 масштабується таким чином, що при відсутності струмів короткого замикання протягом пуску, компаратор 47 не спрацьовує. При виникненні струму к.з., коли напруга на другому вході компаратора 47 перевищує напруга U8 на першому вході, ви хідна напруга U9 приймає нульовий рівень й, впливаючи на виконавчий елемент, викликає відключення пристрою від мережі. Це видно з діаграми U9 на Фіг.6а, Фіг.6б. На малюнках Фіг.6а, Фіг.6б представлені діаграми напруг елементів функціональної схеми Фіг.3. Стрілкою показаний напрямок руху імпульсу керування U4 щодо синхронізуючого імпульсу U5. Для моменту часу t31 (Фіг.2а) маємо опорна напруга U8(a), для моменту часу t32 (Фіг.6б) - опорна напруга U8(б), при цьому t32>t31 й U8(б)>(U8(a), тобто показана зміна опорної напруги U8 у процесі пуску. Запропоновані рішення дозволяють підвищити надійність роботи вибухобезпечного пристрою плавного пуску електродвигуна. Джерела інформації 1. Тиристорний пускач типу RT6-1.1 Технічний опис. Carboautomatyka SA. 2003p. 2. Комплект вибухобезпечний для плавного пуску електричних приводів EZSO 3. Шило В.П. Популярні цифрові мікросхеми. М.: Радіо й зв'язок, 1990. С.287-290. 4. Кофман Р., Фрискол Ф. Операційні підсилювачі й лінійні інтегральні схеми. М.: Мир, 1979, с.271-274. 11 31506 12 13 31506 14 15 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 31506 Підписне 16 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601