Устройства плавного пуска (УПП)(Софтстартеры) представляет механизм, обеспечивающий плавный рост пусковых характеристик электродвигателей. Он смягчает процесс запуска и остановки работы электродвигателя.
У двигателей, запустившихся в работу напрямую, характеристики значительно превышают номинальные значения. Повышенные значения пусковых токов и крутящего момента при пуске, являются источниками повреждений, это механические рывки, повреждения изоляции обмотки, перегрев, тяжелый старт и прочих проблем с электродвигателем. Но с помощью плавного пуска все нежелательные неисправности можно предупредить, поэтому электрические двигатели нуждаются в устройстве плавного пуска (УПП).
В УПП напряжение на обмотках электродвигателя постепенно нарастает, обеспечивая ограничение тока. Благодаря этому, параметры электромашины при запуске сохраняются в неопасных пределах.
УПП выпускаются разных модификаций и могут отличаться принципом работы. Но все софтстартеры имеют одинаковые главные составляющие части.
— тиристоры. Эти элементы регулируют напряжение, которое подаётся на электродвигатель;— блок печатных плат. Эта часть софтстартеров управляет тиристорами;— радиаторы, вентиляторы. Эти приборы необходимы для рассеивания тепла;— трансформатор тока. Благодаря этому компоненту, осуществляется измерение тока;— корпус.
Некоторые устройства плавного пуска оснащены клавиатурой и дисплеем. Также в зависимости от типа софтстартера, прибор может быть оборудован встроенным реле перегрузки, из-за чего отпадает потребность во внешнем реле.
— механическому; — электрическому.
Простой способ осуществить плавный запуск двигателя заключается в принудительном удерживании усиливающейся скорости вращения с помощью тормозных колодок, жидкостных муфт и других элементов.
Также механическое управление пуском осуществляется исключительно при небольших нагрузках либо запуске двигателя вхолостую.
Электрические приборы для плавного пускового процесса не имеют таких недостатков, которые могли бы привести к неполадке самого устройства или двигателя. Они всегда оправдывают себя при эксплуатации, но стоят гораздо дороже УПП с механическим управлением.
• Регуляторы напряжения, в которых присутствует функция обратной связи. Это усовершенствованные модели УПП, контролирующие фазовый сдвиг между током в обмотках и напряжением.• Регуляторы напряжение, в которых отсутствует функция обратной связи. Приборы широко используются по сравнению с другими пускателями. Управление в них можно осуществлять по двум либо трем фазам исключительно по указанным ранее параметрам.• Регуляторы пускового момента. Эти приборы могут координировать исключительно одну фазу электродвигателя. А это позволяет контролировать пусковой момент двигателя и совсем незначительно снижать пусковой ток. Можно сказать, эти регуляторы не контролируют ток, его уменьшение малозаметно, поэтому он практически такой, как при прямом запуске. Если такой ток будет протекать по обмоткам двигателя дольше, чем обычно при прямом пуске, то может возникнуть, перегрев электродвигателя. Поэтому этот тип УПП не используется для устройств, требующих снижение пусковых токов. Но их можно использовать для плавного запуска однофазных асинхронных электродвигателей.• Регуляторы тока с обратной связью. Это наиболее прогрессивные устройства для плавного пуска. Они осуществляют прямой контроль над током, что позволяет более точно управлять пуском. Преобладают простой настройкой, а также программированием пускателя. Большая часть параметров устанавливается автоматически.
Приборы, управляющие напряжением и не имеющие обратной связи, являются наиболее распространённым видом УПП. Они бывают двух- и трехфазными. Эти УПП могут контролировать напряжение в двух и сразу в трех фазах двигателя. Регулирование выполняется исключительно по ранее заданной программе, которая включает показатели исходного напряжения пуска и точное время, за которое напряжение должно дорасти до номинального значения. Некоторые модели этих пускателей способны ограничивать пусковой ток, но чаще всего это ограничение связано с уменьшением напряжения при пуске двигателя. Также они могут управлять процессом замедления, медленно снижая напряжение для остановки.
Регуляторы напряжения с обратной связью получают данные о токе двигателя и, пользуясь этой информацией, приостанавливают рост напряжения во время запуска. Снижать нарастание напряжения регуляторы начинают тогда, когда током будут достигнуты предельные значения, которые указываются заранее. Такие УПП позволяют осуществлять запуск с минимальным значением тока и удовлетворительным значением крутящего момента. А данные, которые они получают, применяются для организации защит от дисбаланса фаз, перегрузки и пр.
УПП эксплуатируются во всех областях промышленности и сельского хозяйства. Их можно применять везде, где присутствует электродвигатель. Но выбирают устройства плавного пуска исходя из нагрузки двигателя, а также частоты запусков.
При небольших нагрузках и не частых запусках следует устанавливать регуляторы без обратной связи или регуляторы пускового момента. Эти УПП подходят для шлифовальных станков, некоторых типов вентиляторов, вакуумных насосов и пр. оборудования с низкими нагрузками.
При частых инерционных запусках и высокой нагрузке рекомендованы регуляторы с обратной связью. Их целесообразно применять в центрифуге, ленточной пиле, вертикальном конвейере, распылителе и т.п.
Устройства плавного пуска электродвигателя, считаются распространёнными приборами, решающими проблемы прямого пуска.
Похожие темы:
electrosam.ru
Изобретение относится к преобразовательной технике, получающей применение в асинхронном электроприводе. Технический результат состоит в уменьшении количества полупроводниковых ключей в составе пускорегулирующего устройства и улучшении формы тока статорных обмоток асинхронного двигателя. Предлагаемое устройство содержит трехфазный вольтодобавочный трансформатор, вторичные обмотки которого, соединенные встречно-последовательно со статорными обмотками двигателя, подключены к источнику сетевого напряжения в параллель к первичным обмоткам, соединенным по схеме звезды. Функции регулирования напряжения вольтодобавки методом высокочастотной ШИМ осуществляет силовой транзисторный ключ на выходе трехфазного диодного моста, выполняющий роль нулевой точки звезды. Ограничение пускового тока осуществляется плавным наращиванием результирующего напряжения статорных обмоток двигателя за счет уменьшения до нуля создаваемой указанным трансформатором отрицательной вольтодобавки. 3 ил. 
Изобретение относится к преобразовательной технике, получающей применение в асинхронном электроприводе. Известно, что прямой пуск асинхронного двигателя (АД) сопровождается кратковременным броском тока статорных обмоток, многократно превышающим номинальный уровень. Эта особенность создает значительные трудности эксплуатации АД средней и большой мощности, так как приводит к просадкам сетевого напряжения, нарушающим нормальный режим энергоснабжения привода и других потребителей электроэнергии. Наиболее простой в реализации способ ограничения тока АД предполагает ограничение скорости нарастания напряжения статорных обмоток во время разгона двигателя (см., например, Петров Л.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1981). Несмотря на уменьшение электромагнитного момента и быстродействия привода, данный способ удовлетворяет требованиям большинства механизмов, имеющих вентиляторную механическую характеристику с малой величиной пускового момента, и потому получает широкое применение. Реализация плавного пуска осуществляется чаще всего с помощью вольтодобавочного регулятора переменного напряжения, выполняемого на трех (по числу фаз питающего напряжения) парах встречно-параллельно включенных тиристоров. В нерегулируемых приводах после окончания пуска тиристорный регулятор, ввиду отсутствия необходимости, шунтируется механическими контактами. Наиболее близкое техническое решение приведено в статье(см. Брагилевский Е.Л., Лесниковский А.Е. и др. Унифицированная система тиристорных бесконтактных пускателей типа ПБР, ПБН, ПБМ. - Электротехника, 2001, №1). Общим признаком прототипа и предлагаемого решений является наличие в силовых цепях привода вольтодобавочного регулятора переменного напряжения, соединяющего статорные обмотки двигателя с источником питающего сетевого напряжения, а в цепях управления - задатчика интенсивности изменения напряжения вольтодобавки в процессе пуска.
Недостатком прототипа следует признать неоправданно завышенную установленную мощность полупроводниковых вентилей при малом коэффициенте их использования. В качестве другого недостатка следует указать на существенные искажения напряжения и тока статорных обмоток, создаваемые тиристорами в процессе фазового регулирования. Известно, что порождаемая этим процессом прерывистая импульсная форма тока тиристорных регуляторов ведет к дополнительному уменьшению пускового момента АД и ухудшает его энергетические характеристики.
В этой связи целью изобретения явилось повышение технико-экономических показателей пускового устройства путем уменьшения количества полупроводниковых вентилей и улучшения формы тока статорных обмоток. Для этого регулятор предлагается выполнить в виде трехфазного вольтодобавочного трансформатора, первичные обмотки которого, соединенные по схеме звезды, своими первыми выводами подключены к источнику сетевого напряжения, а вторичные обмотки, включенные встречно-последовательно со статорными обмотками двигателя, присоединены к этому же сетевому источнику для создания отрицательного напряжения вольтодобавки, причем нулевая точка в цепях соединения первичных обмоток трансформатора по схеме звезды образуется присоединением вторых выводов первичных обмоток к зажимам переменного тока трехфазного диодного моста, между зажимами постоянного тока которого в проводящем направлении включен единственный в данной схеме полупроводниковый вентиль в виде транзисторного ключа, на управляющий вход которого поступает высокочастотный широтно-модулированный импульсный сигнал с выхода указанного задатчика интенсивности.
На фиг.1 приведена схема асинхронного электропривода, оснащенного предлагаемым устройством, пригодная для технической реализации и, одновременно, для компьютерного моделирования в пакете MATLAB, а на фиг.2, 3 приведены результаты моделирования пускового режима в электроприводе при отсутствии (фиг.2) и при наличии (фиг.3) заявленного устройства.
Схема содержит асинхронный электродвигатель (АД) 1 с короткозамкнутым ротором. (При моделировании были приняты следующие параметры этого двигателя Рн=50 кВт; Ucт=220 B; f=50 Гц; Rs=0.39 Ом; Rr=0.23 Ом; Ls=0.002 Гн; Lr=0.0015 Гн; L0=0.09 Гн; J=0.015 кГм). Статорные обмотки двигателя подключены к источнику 2 сетевого напряжения 220/380 В (Rвн=0.01 Ом) с помощью последовательно-встречно включенных вторичных обмоток (А2, В 2, С2) вольтодобавочного трансформатора 3 (S=10 кВА; w1=400 витков; w 2=250 витков). Первичные обмотки трансформатора своими первыми выводами (A1, B 1, C1) подключены к тем же выходным зажимам источника 2. Эти обмотки соединены по схеме звезды. Функции нулевой точки звезды выполняет транзисторный ключ 4 (V 0), подключенный к выводам постоянного тока трехфазного диодного моста 5 (V1-V6), выводы переменного тока которого присоединены к вторым выводам первичных обмоток вольтодобавочного трансформатора. Цепи управления содержат задатчик интенсивности 6 изменения напряжения вольтодобавки в процессе пуска и измерительно-регистрирующую аппаратуру 7 для наблюдения за параметрами электродвигателя во время разгона.
Представленные на фиг.2 осциллограммы иллюстрируют характер изменения трехфазного напряжения на статорных обмотках (фиг.2, а), фазных токов этих обмоток (фиг.2, б), частоты вращения вала (фиг.2, в), а также электромагнитного момента (фиг.2, г) в процессе прямого пуска АД без пускового устройства. Видно, что этот процесс характеризуется сравнительно высоким быстродействием с временем пуска tп=0,1 с, в течение которого пусковой ток не менее чем на порядок превышает установившееся значение.
Предлагаемое устройство уменьшает этот бросок тока за счет плавного наращивания напряжения статорных обмоток по любому возможному закону его изменения во времени. Устройство работает следующим образом. Из схемы фиг.1 видно, что результирующее напряжение статорных обмоток АД образуется встречным соединением сетевого источника с вторичными обмотками вольтодобавочного трансформатора. Существует возможность плавного регулирования последнего широтно-импульсным способом в пределах, зависящих от величины коэффициента трансформации понижающего вольтодобавочного трансформатора (принято w 1/w2=1.6). Для этого подключение первичных обмоток трансформатора к сетевому источнику осуществляется периодически с высокой частотой (принято 2 кГц) с помощью транзисторного ключа V0. Регулирование осуществляется изменением длительности включенного состояния транзистора в течение каждого такта модуляции. Форма широтно-импульсного сигнала U шим на управляющем электроде транзисторного ключа показана на фиг.3, а. Закон изменения напряжения вольтодобавки может быть любым и определяется формой управляющего сигнала Uy на входе широтно-импульсного модулятора в составе блока 6. Как видно из фиг.3, а, на основном участке разгона встречное напряжение вольтодобавки плавно уменьшается, что обеспечивает такое же увеличение результирующего напряжения на статорных обмотках двигателя. Участок первоначального нарастания сигнала Uy с нулевого уровня необходим для форсировки напряжения и тока статорных обмоток в самый первый момент пуска. Такая форсировка позволяет сохранить быстродействие привода на приемлемом уровне. Получаемая форма результирующего напряжения статорных обмоток иллюстрируется осциллограммой на фиг.3, б. Видно, что благодаря уменьшающейся до нуля встречной вольтодобавке действующее значение этого напряжения плавно нарастает и после окончания переходного процесса принимает максимальное значение, равное номинальному напряжению сетевого источника. Как показывают осцилограммы пускового тока на фиг.3, в, принятый закон изменения напряжения обеспечивает по сравнению с исходным вариантом фиг.2, б уменьшение амплитуды пускового тока на 40-50%. Сопутствующее данному закону уменьшение электромагнитного момента и быстродействия отражено на фиг.3, г, д. Сравнение данных осциллограмм с аналогичными кривыми на фиг.2, в, г позволяет заметить, что по сравнению с прямым пуском наблюдается троекратное уменьшение амплитуды пускового момента и примерно двухкратное увеличение времени разгона двигателя до номинальной скорости (см. фиг.2, в и фиг.3, г). Как отмечалось выше, подобное демпфирование переходных процессов в АД отвечает требованиям большого числа промышленных механизмов.
Таким образом, результаты моделирования подтверждают работоспособность и эффективность предлагаемого технического решения. Достигаемый технико-экономический эффект обусловлен уменьшением количества силовых полупроводниковых приборов с шести в известной до одного - в предлагаемой схемах, а также получением непрерывной квазисинусоидальной формы тока статорных обмоток. Последнее объясняется высокой частотой модуляции, которой подвергается не все напряжение статорных обмоток, а лишь его уменьшающаяся в процессе пуска часть. Можно предположить, что введение в схему вольтодобавочного трансформатора, как дополнительного элемента, не существенно повлияет на технико-экономические показатели привода в связи с его малой габаритной мощностью и кратковременностью действия.
Устройство для плавного пуска асинхронного двигателя, содержащее в силовых цепях вольтодобавочный регулятор, соединяющий статорные обмотки двигателя с источником питающего сетевого напряжения, а в цепях управления - задатчик интенсивности изменения напряжения вольтодобавки в процессе пуска, отличающееся тем, что в качестве указанного регулятора используют трехфазный вольтодобавочный трансформатор, первичные обмотки которого, соединенные по схеме "звезда", своими первыми выводами подключены к источнику сетевого напряжения, а вторичные обмотки, включенные встречно-последовательно со статорными обмотками двигателя, присоединены к этому же сетевому источнику и тем самым служат для создания отрицательного напряжения вольтодобавки, причем нулевая точка в цепях соединения первичных обмоток трансформатора по схеме "звезда" образуется присоединением их вторых выводов к зажимам переменного тока трехфазного диодного моста, между зажимами постоянного тока которого в проводящем направлении включен силовой транзисторный ключ, на управляющий вход которого поступает высокочастотный широтно-модулированный импульсный сигнал с выхода указанного задатчика интенсивности.
www.freepatent.ru
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в различных сферах промышленности, сельского хозяйства и т.д. Технический результат устройства заключается в снижении уровня напряжения на ключе в цепи постоянного тока трехфазного диодного моста, массы и габаритов за счет уменьшения мощности потерь в снабберной цепи, обеспечении низкого коэффициента гармоник в сетевом токе. Устройство содержит вводной автомат (1), датчики напряжения и тока (4,5), асинхронный двигатель (3), концы статорных обмоток которого соединены с зажимами переменного тока трехфазного диодного моста (9), между зажимами постоянного тока которого в проводящем направлении включен полупроводниковый ключ (10) со снабберной цепью (11), на управляющий вход которого поступает высокочастотный широтно-модулированный импульсный сигнал с выхода системы управления (12). Начала статорных обмоток присоединены к установленным в каждой фазе двигателя выходу LС-фильтров (2), входы которых соединены с вводным автоматом (1). Параллельно каждой статорной обмотке включены ключи переменного тока (6, 7, 8), управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами системы управления. 5 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в различных сферах промышленности, сельского хозяйства и т.д. для плавного пуска и регулирования скорости вращения асинхронных двигателей.
Известны регулируемые по скорости асинхронные электроприводы переменного тока с тиристорными преобразователями напряжения, включенными в статорные цепи двигателя, которые обеспечивают ограничение пускового тока двигателя и регулирование скорости вращения вала двигателя по различным алгоритмам (патент РФ №2380821, кл. H02P 1/26, 27/04; патент РФ №2389127, кл. H02P 1/26; Брагилевский Е.Л., Колин В.В., Лесниковский А.Е. и др. Унифицированная серия тиристорных пускателей типа ПБР, БПН, ПБМ // Электротехника, 2001, №1).
Однако применение тиристоров в преобразователях снижает быстродействие электропривода, т.к. изменять напряжение на статорных обмотках двигателя возможно только за один или несколько периодов питающего напряжения. Реализуемый в преобразователях фазовый принцип регулирования напряжения приводит к искажению его формы и, следовательно, появлению высших гармоник в спектре тока, негативно влияющих как на двигатель, так и на питающую сеть.
Известно также устройство для пуска асинхронного двигателя, в котором регулятор напряжения выполнен в виде трехфазного вольтодобавочного трансформатора, первичные обмотки которого соединенные по схеме звезда, своими первыми выводами подключены к источнику сетевого напряжения, а вторичные обмотки, включенные встречно-последовательно со статорными обмотками двигателя, присоединены к этому же сетевому источнику для создания отрицательного напряжения вольтодобавки, причем нулевая точка в цепи соединения первичных обмоток трансформатора по схеме «звезда» образуется присоединением вторых выводов первичной обмотки к зажимам переменного тока трехфазного диодного моста, между зажимами постоянного тока которого в проводящем направлении включен полупроводниковый вентиль в виде транзисторного ключа, на управляющий вход которого поступает высокочастотный широтно-модулированный импульсный сигнал с выхода задатчика интенсивности изменения напряжения в процессе пуска (патент РФ №2294592 H02P 1/16, аналог).
Основным недостатком этого устройства является применение трехфазного высокочастотного трансформатора, мощность которого должна быть соизмерима с мощностью двигателя, что приводит к удорожанию устройства, увеличению его массы и габаритов. Кроме того, из-за индуктивностей обмоток трансформатора и паразитных индуктивностей монтажа на коллекторе транзисторного ключа при переключениях будут возникать перенапряжения.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство плавного пуска синхронного двигателя, содержащее вводной автомат, двигатель, статорные обмотки которого началом через автомат соединены с питающей сетью, а концами - с зажимами переменного тока трехфазного диодного моста, между зажимами постоянного тока которого в проводящем направлении включен ключ в виде одного или несколько последовательно соединенных транзисторов со снабберными (защитными) цепями, на управляющие входы которых поступают высокочастотные широтно-модулированные импульсные сигналы с выхода системы управления (Давыдкин М.Н., Басков С.Н. Векторно-импульсный способ пуска синхронных двигателей в компрессорных установках кислородно-компрессорного цеха ОАО «Уральская сталь» // Изв. Вузов. Электромеханика, 2009, №1, прототип).
Основным недостатком данного устройства является высокий уровень напряжения на ключе в интервалы времени, когда он находится в разомкнутом состоянии. Из-за больших потерь мощности в защитных цепях в длительном режиме работы (при регулировании скорости вращения двигателя) увеличивается масса и габаритные размеры устройства. Кроме того, в режиме пуска и регулирования скорости, ток сети содержит высокочастотные гармоники, негативно влияющие на сеть и другое оборудование, подключенное к ней.
Целью заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно снижение уровня напряжения на ключе в цепи постоянного тока трехфазного диодного моста, снижение массы и габаритов устройства за счет уменьшения потерь мощности в снабберной цепи, обеспечение низкого коэффициента гармоник в сетевом токе.
Решение поставленных задач достигается тем, что в устройстве, содержащем вводной автомат, датчики линейных напряжений и тока, подключенные к входам системы управления, асинхронный двигатель, концы статорных обмоток которого соединены с зажимами переменного тока трехфазного диодного выпрямительного моста, к зажимам постоянного тока которого в проводящем направлении включен полупроводниковый ключ с защитной цепью, на управляющий вход которого поступает высокочастотный широтно-модулированный импульсный сигнал с выхода системы управления, дополнительно в каждую фазу между вводным автоматом и началом статорных обмоток двигателя включены сетевые LC-фильтры, а также введены полупроводниковые двунаправленные ключи (ключи переменного тока), каждый из которых своими входными зажимами соединен с началом и концом статорной обмотки двигателя, а управляющим входом - с выходом системы управления и регулирования.
На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства.
На фиг.2 представлен вариант принципиальной электрической схемы силовой части устройства.
На фиг.3 представлены эквивалентные схемы одной фазы двигателя в различные интервалы времени работы ключей.
На фиг.4 представлены осциллограммы управляющих сигналов ключей, фазного тока, напряжения на статорной обмотке двигателя, напряжения на ключе переменного тока, тока ключа и тока сети.
Предлагаемое устройство плавного пуска (фиг.1) содержит вводной автомат 1; сетевые LC-фильтры 2, включенные в каждую фазу асинхронного двигателя 3; датчики напряжения 4 и тока 5; полупроводниковые ключи переменного тока 6, 7, 8, шунтирующие фазные (статорные) обмотки двигателя; трехфазный диодный выпрямитель 9; транзисторный ключ 10 с защитной цепью 11 и микропроцессорную систему управления и регулирования 12.
Выходы датчиков напряжения 4 и тока 5 присоединены к входам системы управления 12, выходы которой соединены с управляющими входами ключей 6, 7, 8, 10.
Асинхронный двигатель 3 началом статорных обмоток присоединен к выходам сетевых фильтров 2, а концами - к входным зажимам трехфазного диодного выпрямителя 9, в цепь постоянного тока которого включен в проводящем состоянии транзисторный ключ 10, выполняющий в замкнутом состоянии функцию нулевой точки соединения «звезда» статорных обмоток двигателя. Параллельно ключу включена защитная цепь 11, исключающая перенапряжения при коммутации индуктивного тока и уменьшающая динамические потери мощности в транзисторе.
Предлагаемое устройство было реализовано для плавного пуска и регулирования скорости асинхронного двигателя мощностью 2,2 кВт -AИP90L4 (фазное напряжение 220 В, номинальный ток 5,3А, частота вращения при номинальной нагрузке 1420 об/мин) - в электромашинном агрегате «Генератор - двигатель».
В силовой схеме устройства (фиг.2) ключи переменного тока 6, 7, 8 выполнены в виде однофазных мостовых выпрямителей, выводы переменного тока которых являются силовыми входами и подключены к концам статорных обмоток асинхронного двигателя. Цепи постоянного тока выпрямителей этих ключей, а также цепь постоянного тока выпрямителя 9 коммутируются IGBT - транзисторами. Управление транзисторами осуществляется с помощью драйверов, на входы которых сигналы через транзисторные оптопары подаются от системы управления и регулирования, реализованной на 8-ми разрядном микропроцессоре RISC-архитектуры.
Работает устройство следующим образом. После подключения асинхронного двигателя 3 и системы управления и регулирования 12 через вводной автомат 2 к трехфазной сети, на панели управления устройства (на структурной схеме панель не показана) нажимается кнопка «Пуск», в результате чего импульс управления подается на управляющий вход ключа 10. Транзистор включается, образуя нулевую точку статорных обмоток. Ключи 6, 7, 8 на этом интервале времени находятся в непроводящем состоянии. Эквивалентная схема одной фазы асинхронного двигателя (например, фазы А) для этого интервала времени с использованием Т-образной схемы замещения приведена фиг.3а. Ток i1(t), равный сумме токов намагничивания im(t) и ротора i2'(t), начинает нарастать (из-за индуктивностей L1, Lm, L'2). В момент окончания действия импульса управления транзистор 10 выключается, а транзисторы ключей 6, 7, 8 включаются (эквивалентная схема одной фазы для этого интервала времени приведена на фиг.3б), в результате чего токи im(t), i2'(t) продолжают протекать (уменьшаясь по величине) в фазных обмотках двигателя за счет ЭДС самоиндукции индуктивных элементов L1 Lm, L'2. На фиг.4 приведены осциллограммы импульсов управления транзистора 10 (фиг.4а) и ключей 6, 7, 8 (фиг.4б), тока (фиг.4в) в фазной обмотке двигателя и напряжения (фиг.4г) на этой обмотке через некоторый интервал времени после пуска.
Перенапряжения на транзисторе 10 возникают на интервалах коммутации индуктивного тока, когда он выключается/включается, а транзисторы ключей 6, 7, 8 включаются/выключаются. При этом программно удается обеспечить минимальную длительность этого интервала коммутации. Так как подзаряд конденсатора снабберной цепи происходит только за время коммутации, то напряжение на ключе увеличивается незначительно. На фиг.4д приведена осциллограмма напряжения на коллекторе транзистора ключа 10. Огибающая этого импульсного напряжения в установившемся режиме повторяет форму выпрямленного напряжения промышленной 3-фазной сети мостовым выпрямителем (максимальное напряжения 537В), увеличенное примерно на 70 В за счет процессов коммутации тока статорных обмоток. На фиг.4е приведена осциллограмма коммутируемого тока (приблизительно 2А).
Пуск двигателя может быть выполнен как с ограничением по току, так и с ограничением электромагнитного момента. При пуске с ограничением по току контроль тока осуществляется с помощью датчика тока 5, а при пуске с поддержанием постоянным электромагнитного момента - через косвенную его оценку в микропроцессорной системе 12 путем измерения тока и фазных напряжений с помощью датчиков 4, 5.
По мере разгона двигателя микропроцессорная система изменяет длительность импульсов управления транзисторами (длительность импульса управления транзистором 10 увеличивается, а длительность импульса управления транзисторами ключей 6, 7, 8 уменьшается), стремясь поддержать заданный уровень пускового тока или электромагнитного момента. Изменение длительности импульсов происходит периодически в соответствии с выбранной частотой дискретности (реализовано с частотой 3 кГц), обеспечивая тем самым высокое быстродействие электропривода. После выхода на заданную скорость вращения вала двигателя система управления и регулирования 12 устанавливает такую длительность импульсов управления, при которой обеспечивается поддержание скорости и электромагнитного момента с заданной точностью.
Ток, потребляемый предлагаемым устройством из сети без сетевых фильтров 2, имеет импульсную форму (фиг.4ж) и, следовательно, содержит, помимо основной гармоники частотой fсети, высокочастотные составляющие (nfм±fсети), где n=1,2,3,…; fM - частота модуляции. Так как эта частота достаточно высокая (на один, два порядка больше, чем fсети), то применяя сетевые LC-фильтры, можно существенно уменьшить амплитуды высокочастотных составляющих, практически не изменяя амплитуду первой (сетевой) гармоники, и, тем самым, обеспечить коэффициент гармоник, не превышающий 5%. При этом масса и габариты фильтров практически не влияют на эти показатели всего устройства.
Технический результат, достигаемый от подключения параллельно статорным обмоткам асинхронного двигателя управляемых ключей переменного тока, а также включение в каждую фазу сети LC-фильтров, по сравнению с известным устройством заключается в снижении уровня напряжения на ключе цепи постоянного тока трехфазного диодного моста, в снижении массы и габаритов снабберной цепи устройства за счет уменьшения потерь мощности, в обеспечении низкого коэффициента гармоник в сетевом токе.
Устройство плавного пуска и управления трехфазным асинхронным двигателем, содержащее вводной автомат, датчики линейных напряжений и тока, подключенные к входам системы управления и регулирования, асинхронный двигатель, концы статорных обмоток которого соединены с зажимами переменного тока трехфазного диодного выпрямительного моста, к зажимам постоянного тока которого в проводящем направлении включен полупроводниковый ключ со снабберной цепью, на управляющий вход которого поступает высокочастотный широтно-модулированный импульсный сигнал с выхода системы управления и регулирования, отличающееся тем, что начала статорных обмоток двигателя присоединены к выходному конденсатору LС-фильтра, индуктивный элемент которого присоединен к соответствующему зажиму вводного автомата, а параллельно каждой фазной обмотке двигателя включены ключи переменного тока, входы управления которых соединены с соответствующими выходами системы управления и регулирования.
www.findpatent.ru
