СПОСОБ ПЛАВНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

СПОСОБ ПЛАВНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ


RU (11) 2256285 (13) C1

(51) 7 H02P1/28 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2003130395/09 
(22) Дата подачи заявки: 2003.10.14 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.10.14 
(45) Опубликовано: 2005.07.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: БРАСЛАВСКИЙ И.Я., ЗЮЗЕВ А.М., КОСТЫЛЕВ А.В. Исследование свойств систем "тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель" с различными типами синхронизации. Электротехника. 2000, № 9, с.1-5. RU 2153759 C1, 27.07.2000. RU 2192703 С1, 26.02.2001. RU 18027 U1, 10.05.2001. SU 1108589 А, 15.08.1984. SU 1739466 А1, 07.06.1992. GB 2165408 
A1, 09.04.1986. US 4736147 А, 05.04.1988. DE 3331307 А1, 14.03.85. ЕР 0621880 А1, 07.04.1994. WO 84/04005 А1, 11.10.1984.

(72) Автор(ы): Загорский А.В. (RU); Колоколов Ю.В. (RU); Пресняков Д.А. (RU); Селютин А.А. (RU); Карлов Б.И. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Закрытое акционерное общество "Электротекс" (RU) 
Адрес для переписки: 302020, г.Орел, ул. Наугорское шоссе, 5, ЗАО "Электротекс", Инженеру ОСЭ А.В. Загорскому 

(54) СПОСОБ ПЛАВНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях промышленности, сельском и жилищно-коммунальном хозяйствах. Технический результат заключается в устранении колебаний фазных токов, электромагнитного момента и скорости вращения ротора в системе тиристорный преобразователь - асинхронный двигатель, работающей в составе электропривода с насосной или вентиляторной нагрузкой. Способ плавного управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором заключается в том, что трехфазное напряжение подают через три пары встречно-параллельно включенных тиристоров на статорные обмотки асинхронного двигателя, а на управляющие входы тиристоров подают сигналы управления с системы импульсно-фазового управления, синхронизированной по напряжению сети, на вход которой подают сигнал в виде напряжения, эквивалентного углу открывания тиристоров, значение которого в каждый момент времени задают заранее. Измеряют мгновенные и действующие значения напряжений сети и тока в статорных обмотках асинхронного двигателя и при отклонении их от заданных значений прекращают подачу сигналов управления на тиристоры. Дополнительно измеренные действующие значения тока в каждый период сети оценивают на максимум и при достижении максимума запоминают его и вновь измеряют действующее значение тока одной из фаз в каждый период сети, сравнивают его с максимальным значением. При отклонении от максимального значения на заданную величину формируют сигнал для полного открытия тиристоров и поддерживают его на период работы асинхронного двигателя в номинальном режиме. 3 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электроприводу на основе асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором и может быть использовано в различных отраслях промышленности, сельском и жилищно-коммунальном хозяйствах. 

Уровень техники

Известный способ [Тиристорный пускатель (устройство мягкого пуска) асинхронных двигателей АС11 // Каталог продукции и применения корпорации “Триол”, 2002. - С.295-304 (http://www.softstart.ru/ss11/ss11sostav.htm)] характеризуется следующей совокупностью признаков, сходных с совокупностью существенных признаков изобретения: трехфазное напряжение подают через три пары встречно-параллельно включенных тиристоров на статорные обмотки асинхронного двигателя, а на управляющие входы тиристоров подают сигналы управления с системы импульсно-фазового управления. При этом сигнал, соответствующий углу открывания тиристоров, подают на вход системы импульсно-фазового управления таким образом, чтобы обеспечить постоянство заданного заранее действующего значения тока в обмотках статора на период пуска асинхронного двигателя. Недостатками аналога являются: а) сложность настройки параметров (коэффициент усиления и постоянная интегрирования) регулятора тока в устройстве, реализующем данный способ с учетом требуемых динамических характеристик электропривода; б) при изменении нагрузочных характеристик электропривода (например, при работе на канализационно-насосных станциях) возможны случаи, когда заданного заранее пускового тока будет не достаточно для пуска асинхронного двигателя вследствие срабатывания время-токовых или тепловых защит, что требует в таких случаях установки заведомо завышенных значений пусковых токов.

Прототипом изобретения является известный способ [Браславский И.Я., Зюзев А.М., Костылев А.В. Исследование свойств систем “тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель” с различными типами синхронизации. // Электротехника, 2000, №9. С.1-5], который характеризуется следующей совокупностью признаков: трехфазное напряжение подают через три пары встречно-параллельно включенных тиристоров на статорные обмотки асинхронного двигателя, а на управляющие входы тиристоров подают сигналы управления с системы импульсно-фазового управления синхронизированной по напряжению сети, на вход которой подают сигнал в виде напряжения, эквивалентного углу открывания тиристоров, значение которого в каждый момент времени задают заранее, при этом измеряют мгновенные и действующие значения напряжений сети и тока в статорных обмотках асинхронного двигателя и при отклонении их от заданных значений прекращают подачу сигналов управления на тиристоры. Недостатком прототипа является: возможность возникновения колебаний фазных токов, электромагнитного момента и скорости вращения ротора в области надсинхронный и подсинхронных скоростей после завершения пуска асинхронного двигателя вследствие не полного угла открывания тиристоров и существования внутренней обратной связи в системе “тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель”.

Сущность изобретения 

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является: косвенное (без применения датчиков скорости или момента на валу асинхронного двигателя) определение завершения пуска асинхронного двигателя и формирования в данный момент углов полного открывания тиристоров.

При осуществлении изобретения может быть получен следующий технический результат: устранены колебания фазных токов, электромагнитного момента и скорости вращения ротора в системе “тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель”, работающей в составе электропривода с насосной или вентиляторной нагрузкой.

Указанный технический результат достигается за счет того, что трехфазное напряжение подают через три пары встречно-параллельно включенных тиристоров на статорные обмотки асинхронного двигателя, а на управляющие входы тиристоров подают сигналы управления с системы импульсно-фазового управления, синхронизированной по напряжению сети, на вход которой подают сигнал в виде напряжения, эквивалентного углу открывания тиристоров, значение которого в каждый момент времени задают заранее, при этом измеряют мгновенные и действующие значения напряжений сети и тока в статорных обмотках асинхронного двигателя и при отклонении их от заданных значений прекращают подачу сигналов управления на тиристоры, а также, дополнительно, измеренные действующие значения тока одной из фаз в каждый период сети оценивают на максимум и при достижении максимума запоминают его и вновь измеряют действующее значение тока в каждый период сети и сравнивают его с максимальным значением и при отклонении от максимального значения на заданную величину формируют сигнал для полного открытия тиристоров и поддерживают его на период работы асинхронного двигателя в номинальном режиме. 

Совокупность признаков, отличительных от наиболее близкого аналога: дополнительно измеренные действующие значения тока одной из фаз в каждый период сети оценивают на максимум и при достижении максимума запоминают его и вновь измеряют действующее значение тока в каждый период сети и сравнивают его с максимальным значением и при отклонении от максимального значения на заданную величину формируют сигнал для полного открытия тиристоров и поддерживают его на период работы асинхронного двигателя в номинальном режиме. 

Перечень фигур и иных материалов

Фиг.1 - Функциональная схема устройства плавного пуска асинхронного двигателя. Включает в себя: 1 - силовую цепь (1-1, 1-2, 1-3 - пары встречно-параллельно включенных тиристоров); 2 - входные клеммы; 3 - выходные клеммы; 4 - микропроцессорную систему управления; 4-1 - устройство ввода-вывода (УВВ); 4-2 - блок логической обработки информации; 4-3 - блок сравнения параметров; 4-4 - систему импульсно-фазового управления, синхронизированную по напряжению (СИФУ); 4-5 - блок измерения действующих значений фазных сетевых напряжений; 4-6 - блок измерения действующих значений токов в статорных обмотках асинхронного двигателя; 4-7 - блок оценки на максимум действующих значений тока статорной обмотки фазы - А; 4-7-1 - элемент запоминания максимума; 4-7-2 - формирователь сигнала нахождения максимума; 4-8 - блок сравнения; 5 - датчики напряжения (5-1, 5-2, 5-3); 6 - датчики тока (6-1, 6-2, 6-3); 7 - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АД).

Фиг.2 - Временная диаграмма пуска асинхронного двигателя по измененному в процессе пуска графику угла открывания тиристоров.

Фиг.3 - Временная диаграмма пуска асинхронного двигателя по заранее заданному графику угла открывания тиристоров.

На временных диаграммах фиг.2 и 3 по оси абсцисс отложено время (в секундах), а на осях ординат диаграммы: 1 - угол открывания тиристоров, подаваемый на СИФУ, град.; 2 - действующее значение тока фазы А в каждый период сети. А; 3 - угловая скорость вращения ротора АД, рад/с; электромагнитный момент, развиваемый АД, Н·м.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Для осуществления изобретения с реализацией указанного назначения организовывается ниже описываемая последовательность действий с использованием устройства плавного пуска асинхронных двигателей (УПП), представленного на фиг. 1 функциональной схемой, на примере плавного пуска асинхронного двигателя мощностью 55 кВт - 4А225М4УЗ (номинальное линейное напряжение 380 В / 50 Гц, номинальный ток 105 А, частота вращения при номинальной нагрузке 1480 об/мин (154 рад/с)) с насосной нагрузкой (номинальный момент 356 Н·м), имеющей суммарный момент инерции, равный 1.242 кг·м2.

После подключения сетевого трехфазного напряжения и статорных обмоток асинхронного двигателя к силовой цепи 1 через входные 2 (А, В, С - фазные провода, N - нейтральный провод) и выходные 3 (U, V, W) клеммы УПП с помощью устройства ввода-вывода 4-1 задают: 

- график угла открывания тиристоров во время плавного пуска АД, например, как на диаграмме 1 (фиг. 2), где начальный угол в момент пуска - 60°, а конечный угол (полного открывания тиристоров) - 180° на диаграмме 1 не показан, так как выходит за временной диапазон и соответствует времени 10 с;

- процентное выражение (например, 55 %) величины отклонения действующего значения тока в статорных обмотках от запомненного в течение пуска АД максимального его значения;

- параметры защитного отключения (максимальные пусковые и рабочие токи, отклонения фазных сетевых напряжений от номинального значения, максимально возможная время-токовая величина и т.д.). Параметры защитного отключения после представления в соответствующий код поступают в блок логической обработки информации 4-2, который в свою очередь передает параметры защитного отключения в блок сравнения параметров 4-3.

Затем через УВВ 4-1 подают команду на осуществление пуска асинхронного двигателя, которая в виде сигнала поступает на вход блока 4-2. После чего логический блок 4-2 формирует и подает на СИФУ 4-4 в каждый момент времени сигнал, соответствующий графику угла открывания тиристоров, заданному с УВВ 4-1 (диаграмма 1 фиг. 2). В соответствии с известным алгоритмом фазового управления СИФУ 4-4, с синхронизацией по напряжению сети (для синхронизации используются сигналы с датчиков 5), формирует сигналы управления тиристорами силовой цепи 1 УПП, реализуя тем самым плавное (в зависимости от графика угла открывания тиристоров) увеличение действующего значения напряжения на статорных обмотках АД. Одновременно с этим для выполнения защитных функций во всех режимах работы УПП производится измерение мгновенных значений фазного сетевого напряжения с помощью датчиков 5 и тока в статорных обмотках АД с помощью датчиков 6 и преобразование их в действующие величины с помощью блоков измерения действующих значений 4-5 и 4-6 соответственно. Измеренные мгновенные и действующие значения фазного сетевого напряжения и тока в статорных обмотках АД поступают на входы блока сравнения параметров 4-3, где сравниваются с параметрами защитного отключения, ранее поступившими от УВВ 4-1, и при отклонении от них измеряемых величин блок 4-3 подает на вход блока логической обработки информации 4-2 сигнал о прекращении подачи импульсов управления тиристорами, что, в свою очередь, приводит к формированию на выходе блока 4-3 сигнала, подаваемого на вход СИФУ 4-4, соответствующего нулевому углу открывания тиристоров.

Одновременно непрерывно измеряемое, действующее значение тока, например, фазы А с выхода блока 4-6 оценивается блоком 4-7 на максимум (действующее значение фазного тока в обмотке АД в процессе плавного пуска представлено на диаграмме 2 фиг.2) известным методом, сравнивая каждое новое значение на входе блока 4-7 с предыдущим. В момент, когда новое поступившее с блока 4-6 действующее значение тока на входе блока 4-7 стало меньше предыдущего (см. 3.55 с на диаграмме 2 фиг.2), в элементе 4-7-1 в качестве максимального значения запоминается предыдущее значение, равное 370 А (см. диаграмму 2 фиг.2), и на выходе элемента 4-7-2 формируется сигнал, свидетельствующий о нахождения максимума. По данному сигналу блок логической обработки информации 4-2 рассчитывает величину отклонения действующего значения тока в статорных обмотках как 55 % (ранее заданное процентное выражение с УВВ 4-1) от запомненного в течение пуска АД максимального его значения - 370 А. Рассчитанная блоком 4-2 величина отклонения тока, равная в данном примере 203 А, передается в блок сравнения 4-8, в котором оно запоминается. После этого блок 4-8 начинает непрерывно сравнивать текущее действующее значение тока, измеряемое блоком 4-6, с запомненной величиной (203 А). В момент времени 3.94 с (см. диаграмму 2 фиг.2), когда действующая величина тока, измеряемого блоком 4-6, стала меньше или равной запомненной величины (203 А), блок 4-8 формирует сигнал об окончании разгона двигателя (свидетельствует диаграмма скорости 3 фиг.2 в момент 3.94 с), который подается на вход блока 4-2. При поступлении данного сигнала блок 4-8 изменяет заданный заранее график угла открывания тиристоров путем формирования сигнала на входе СИФУ 4-4, соответствующего полному (180°) углу открывания тиристоров (диаграмма 1 фиг. 2, пунктирная линия), и поддерживает его до момента поступления сигнала на остановку АД с УВВ 4-1 или до момента поступления сигнала с блока 4-3 о требуемом защитном отключении.

Представленные на фиг.2 временные диаграммы, показывающие снижение пусковых токов (370 А) и ударного момента на валу АД (480 Н·м) по сравнению с прямым пуском (700 А - пусковой ток, 1600 Н·м - минимальный ударный момент), а также известность методов, алгоритмов и средств, реализующих выше описанные блоки и элементы, используемые в устройстве плавного пуска (фиг. 1), подтверждают возможность осуществления изобретения с указанным назначением.

На фиг.3 представлены диаграммы действующего значения фазного тока в обмотках АД 2, электромагнитного момента, развиваемого АД 3, угловой скорости вращения ротора 4 в процессе пуска АД с указанными выше параметрами двигателя и нагрузки при идентичном (диаграмма 1 фиг. 2) заданном заранее и не изменяемом в процессе пуска графике угла открывания тиристоров 1. Таким образом, на фиг. 3 представлены диаграммы пуска АД способом, указанным выше в качестве прототипа. Анализ подобных диаграмм плавного пуска АД с нагрузочными характеристиками типа “насос” или “вентилятор” и с линейным нарастанием угла открывания тиристоров, на примере фиг.3, показывает следующую, ниже описанную цепь взаимосвязанных процессов. В начале пуска по мере увеличения угла открывания тиристоров увеличивается действующее значение напряжения, прикладываемого к статорным обмоткам АД, и, как следствие, увеличивается действующее значение статорного тока АД и электромагнитный момент, развиваемый АД, что, в свою очередь, приводит к увеличению скорости ротора АД и, следовательно, уменьшению скольжения. В период, характеризуемый величиной напряжения и временем, в течение которого оно было приложено к статорным обмоткам АД, достаточными для развития требуемого момента на валу АД, скорость вращения ротора приближается к синхронной и скольжение уменьшается, соответственно ток, проходя через максимум, начинает снижаться. Далее система попадает в зону неустойчивости, характеризуемую колебаниями фазных токов, электромагнитного момента и скорости вращения ротора АД. Таким образом, оценка на максимум действующего значения тока в каждый период сети одной из фаз и последующее сравнение измеряемого действующего значения тока с заданным отклонением от достигнутого и запомненного максимального значения позволяют косвенно определить процесс окончания пуска АД, характеризуемый приближением скорости ротора АД к синхронной и возможным переходом системы в неустойчивый режим работы. В момент определения окончания пуска АД сформированный сигнал для полного открывания тиристоров не приводит к существенному росту тока и электромагнитного момента на валу АД, однако исключает внутреннюю обратную связь в системе “тиристорный преобразователь напряжения - асинхронный двигатель”, существующую при неполном угле открывания тиристоров и определяющую возможное неустойчивое состояние системы. Последнее подтверждает возможность получения указанного технического результата при осуществлении изобретения. 




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ плавного управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, заключающийся в том, что трехфазное напряжение подают через три пары встречно-параллельно включенных тиристоров на статорные обмотки асинхронного двигателя, а на управляющие входы тиристоров подают сигналы управления с системы импульсно-фазового управления, синхронизированной по напряжению сети, на вход которой подают сигнал в виде напряжения, эквивалентного углу открывания тиристоров, значение которого в каждый момент времени задают заранее, при этом измеряют мгновенные и действующие значения напряжений сети и токов в статорных обмотках асинхронного двигателя и при отклонении их от заданных значений прекращают подачу сигналов управления на тиристоры, отличающийся тем, что дополнительно измеренные действующие значения тока одной из фаз в каждый период сети оценивают на максимум и при достижении максимума запоминают его и вновь измеряют действующее значение тока в каждый период сети и сравнивают его с максимальным значением и при отклонении от максимального значения на заданную величину формируют сигнал для полного открытия тиристоров и поддерживают его на период работы асинхронного двигателя в номинальном режиме.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru