ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2153759

СПОСОБ ПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЧАСТОТНОГО ПРИВОДА С ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТЬЮ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

СПОСОБ ПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ЧАСТОТНОГО ПРИВОДА С ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТЬЮ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

Имя изобретателя: Вахитов Ю.Г.,
Горелик Л.В.,
Деснер О.Г.,
Орлов Л.В.
Имя патентообладателя: Вахитов Юрий Гарифьянович,
Горелик Лев Вениаминович,
Деснер Олег Гедалиевич,
Орлов Лев Викторович
Адрес для переписки: 111558, Москва, Зеленый пр-т 77, корп.1, кв.58, Горелику Л.В.
Дата начала действия патента: 06.05.1999

Изобретение относится к частотным приводам с ограниченной мощностью источника питания. Способ запуска электродвигателя, работающего в составе электромашинного частотного привода, представляющего собою электромашинный преобразователь частоты, в свою очередь состоящий из подключенного к общей электрической сети приводного электродвигателя и приводимого им во вращение генератора (чаще всего синхронного), а также исполнительный электродвигатель (асинхронный или синхронный), заключается в том, что на самом сложном интервале пуска (от низких до промежуточных частот вращения) исполнительный двигатель подключен к общей электрической сети. При этом генератор, для которого этот интервал также наиболее сложен, вообще исключен из процесса пуска, а двигатель разгоняется наиболее эффективно, так как посадка напряжения в сети, несоизмеримо более мощной в сравнении с генератором, также существенно меньше, чем посадка напряжения при пуске двигателя от генератора. Технический результат заключается в возможности улучшить массогабаритные характеристики электромашинного частотного привода, снизить расходы на производство, а также повысить его надежность и долговечность.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области электрических машин, а именно к частотным приводам с ограниченной мощностью источника питания. Из уровня техники известен частотный электропривод, состоящий из электромашинного преобразователя частоты [1], в свою очередь состоящего из приводного электродвигателя (асинхронного или синхронного) и приводимого им во вращение генератора (синхронного или асинхронного), а также электродвигателя (асинхронного или синхронного). Частота вращения приводного двигателя и полюсность генератора определяют частоту напряжения, вырабатываемого генератором и питающего электродвигатель.

Обычно мощность генератора соизмерима с мощностью электродвигателя, что обуславливает сложность пуска последнего: начальный пусковой ток исполнительного двигателя превышает его номинальное значение в 7 и более раз, что обуславливает существенное снижение выходного напряжения генератора. Причиной тому - падение напряжения на внутреннем сопротивлении генератора. В случае использования синхронного генератора к этому добавляется и размагничивающее воздействие реакции его якоря: индуктивная составляющая сопротивления асинхронного двигателя при пуске достигает 90% его полного сопротивления.

Проблема пуска асинхронного двигателя от синхронного генератора соизмеримой мощности, главным образом, решается путем повышения мощности генератора. Так, согласно стандарту [2] генераторы трехфазного тока мощностью от 200 до 500 кВт должны обеспечивать запуск асинхронного двигателя с кратностью пускового тока, равной 7, мощностью до 50% мощности генератора. Такое завышение мощности генератора ведет к ухудшению массогабаритных характеристик преобразователя и к большим материальным затратам. При большем значении кратности пускового тока двигателя мощность генератора приходится завышать еще больше.

Таким образом, возникает известная ситуация пуска двигателя большой мощности при слабой сети [3].

Одним из способов снижения пускового тока асинхронного двигателя является включение на время пуска в цепь статора двигателя дополнительного сопротивления (пуск при помощи реактора) [4]. Однако при этом момент, развиваемый двигателем, снижается квадратично по отношению к снижению его тока. С учетом падения напряжения на выходе генератора это зачастую приводит к значительному растяжению во времени процесса пуска, что в свою очередь обуславливает значительный перегрев обмоток статора и ротора и преждевременный выход двигателя из строя.

Лучше результат дает пуск при включенном в цепь статора электродвигателя автотрансформатора [5] . Здесь снижение пусковых тока и момента происходит пропорционально. Однако достаточно высокая стоимость автотрансформатора и наличие скользящего контакта препятствуют широкому применению этого метода.

Наиболее близким по способу пуска аналогом изобретения является пуск переключением обмоток статора двигателя со "звезды" на "треугольник" [6]. Значение линейного тока (тока, нагружающего генератор) при этом снижается в 3 раза. Значение момента на валу двигателя в этом способе пуска также снижается в три раза. Однако и в этом случае, в зависимости от маховой массы ротора двигателя и приводного механизма, а также статической нагрузки двигателя, перегрев обмоток статора и ротора двигателя может достигать опасных значений.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение быстрого и гарантированного пуска электродвигателя, работающего от электромашинного преобразователя частоты, снижения расхода активных и конструкционных материалов на производство синхронного генератора, а также повышения надежности и долговечности всего электромашинного частотного привода.

Указанный технический результат достигается тем, что пуск исполнительного электродвигателя электропривода с источником питания ограниченной мощности, содержащим приводной двигатель, питающийся от сети переменного тока, и генератор переменного тока, заключается в том, что в интервале от нулевого до промежуточного, определяемого частотой сети и числом полюсов электродвигателя, значения частоты вращения электродвигателя, напряжение на электродвигатель подается путем подключения его сначала к той же общей сети переменного тока, а после достижения им указанной промежуточной частоты вращения подключается к генератору для дальнейшего разгона.

При этом как при подключении электродвигателя к общей сети, так и от генератора согласование величины их напряжения и частоты с параметрами двигателя осуществляется сочетанием этих величин со схемой соединения обмоток статора исполнительного электродвигателя ("звезда", "треугольник", "зигзаг") и числом их параллельных ветвей, а также включением в их цепь дополнительных регулирующих устройств-сопротивлений, реакторов и т.д.

Электрическая схема электромашинного частотного привода Изобретение иллюстрируется чертежом "Электрическая схема электромашинного частотного привода".

Приводной электродвигатель 1, подключенный к общей электрической сети 2, приводит во вращение генератор 3. В рабочем режиме к генератору подключен электродвигатель 4, передающий вращающий момент механизму 5.

На первом этапе запуска электродвигатель подключен к сети через контактор 6. На этом этапе электродвигатель разгоняется от нулевой частоты вращения до промежуточной, определяемой частотой тока общей сети. При этом подключении на самом сложном интервале пуска двигателя генератор, для которого этот интервал также наиболее сложен, вообще исключен из процесса пуска, а двигатель разгоняется наиболее эффективно, так как посадка напряжения в сети, несоизмеримо более мощной в сравнении с генератором, также существенно меньше, чем посадка напряжения при пуске двигателя от генератора.

На втором этапе запуска электродвигатель подключен к генератору через контактор 7. На этом этапе исполнительный двигатель разгоняется от промежуточной частоты вращения до рабочей, определяемой частотой тока генератора. Вращающие моменты, развиваемые асинхронным двигателем в интервале частот вращения от промежуточной до рабочей, вообще больше, чем в интервале от нулевой частоты вращения до промежуточной, а электрическое сопротивление исполнительного двигателя более "активно"; кроме того, ток двигателя и, соответственно, посадка напряжения на генераторе в этом интервале частот вращения меньше. Эти обстоятельства создают благоприятные условия для разгона электродвигателя в этом интервале.

На обоих этапах разгона электродвигателя в целях оптимизации процесса пуска схема соединений ("звезда" или "треугольник") и число параллельных ветвей его обмоток могут изменяться в зависимости от соотношения значений напряжения и частоты питающей сети и генератора электромашинного преобразователя частоты. С этой же целью в цепь электродвигателя могут включаться дополнительные сопротивления или реакторы.

Сравнение с наиболее близким аналогом. В изобретенном способе пуска электродвигателя электромашинного частотного привода, как и в ближайшем аналоге уменьшение пускового тока двигателя может достигаться переключением обмоток его статора со "звезды" на "треугольник".

В отличие от наиболее близкого аналога в изобретенном способе пуска электродвигателя, работающего от электромашинного преобразователя частоты, на самом сложном интервале пуска (от низких до средних частот вращения) двигатель подключен к общей электрической сети. При этом генератор, для которого этот интервал также наиболее сложен, вообще исключен из процесса пуска, а двигатель разгоняется наиболее эффективно, так как посадка напряжения в сети, несоизмеримо более мощной в сравнении с генератором, существенно меньше, чем посадка напряжения при пуске двигателя от генератора. Эти обстоятельства обуславливают снижение массогабаритных и стоимостных характеристик электромашинного частотного привода и повышают его надежность и долговечность.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Копылов И. П. , Клоков Б. К. Справочник по электрическим машинам. Москва, Энергоатомиздат, 1989, том 2, стр. 634.

2. ГОСТ 13822-82. Электроагрегаты и передвижные электростанции, дизельные. Гос. комитет СССР по стандартам. Москва, стр. 10.

3. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, часть вторая. Ленинград, ЭНЕРГИЯ, 1973 г., стр. 482.

4. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, часть вторая. Ленинград, ЭНЕРГИЯ, 1973 г., стр. 490.

5. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, часть вторая. Ленинград, ЭНЕРГИЯ, 1973 г., стр. 491.

6. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, часть вторая. Ленинград, ЭНЕРГИЯ, 1973 г., стр. 492.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ пуска электродвигателя переменного тока электропривода с источником питания ограниченной мощности, содержащим приводной двигатель, питающийся от сети переменного тока, и генератор переменного тока, заключающийся в том, что подают напряжение на электродвигатель, отличающийся тем, что напряжение на электродвигатель подают путем подключения его сначала к той же сети переменного тока, а по достижении им частоты вращения, определяемой частотой сети, подключают его к генератору для дальнейшего разгона.

Версия для печати


вверх