устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя

Формула изобретения

Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя, содержащее контактор с катушкой с четырьмя замыкающими и двумя размыкающими контактами, три замыкающих контакта контактора первыми выводами предназначены для подключения к трем фазам источника питания, а вторые выводы первого и второго замыкающих контактов предназначены для подключения к двум фазам обмотки статора трехфазного асинхронного электродвигателя, один вывод кнопки “СТОП” через кнопку “ПУСК”, шунтированную четвертым замыкающим контактом контактора, подключен к одному выводу катушки контактора, другой вывод катушки контактора предназначен для подключения к нулю источника питания, управляемый выпрямитель, выход которого предназначен для подключения к двум фазам обмотки статора трехфазного асинхронного электродвигателя, датчик ЭДС вращения, усилитель-ограничитель, блок суммирования, блок импульсно-фазового управления, выход которого подключен к управляемому входу управляемого выпрямителя, отличающееся тем, что второй вывод третьего замыкающего контакта контактора подключен к третьей фазе трехфазного асинхронного электродвигателя и в него введены реле торможения с катушкой с одним размыкающим и двумя замыкающими контактами, катушка которого подключена к выходу усилителя-ограничителя, второй вывод кнопки “СТОП” через размыкающий контакт реле торможения подсоединен к первой фазе источника питания, первый и второй входные выводы датчика ЭДС вращения через первый и второй размыкающие контакты контактора подсоединены к нулю и третьей фазе обмотки статора трехфазного асинхронного электродвигателя соответственно, а выход подключен к входу усилителя-ограничителя, блок сравнения частоты, согласующее устройство, первый и второй входные выводы которого через первый и второй замыкающие контакты реле торможения подключены к нулю и третьей фазе источника питания соответственно, а выход подсоединен к первому входу блока сравнения частоты, второй вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, выход блока сравнения частоты подсоединен одновременно к входу блока интегрирования и первому входу блока суммирования, второй вход которого подключен к выходу блока интегрирования, выход блока суммирования подсоединен к входу блока импульсно-фазового управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано для динамического торможения в электроприводах переменного тока в различных отраслях промышленности.

Известно устройство для динамического торможения асинхронного электродвигателя, содержащее тиристорный коммутатор в цепи обмотки статора и блок управления коммутатором, состоящий из последовательно соединенных двух конденсаторов и резисторов с подключением средней их точки к управляющим электродам тиристоров [1].

Недостатками известного устройства являются низкая точность и низкая эффективность торможения.

Известно устройство для динамического торможения асинхронного электродвигателя, содержащее тиристорные коммутаторы, подключенные к двум обмоткам статора, и тиристор, шунтирующий его две обмотки, трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного тока, а четыре вторичные обмотки через диоды подключены к управляющим электродам тиристоров коммутаторов, выпрямитель, подключенный к вторичной обмотке трансформатора, параллельно соединенные резистор и конденсатор, одной обкладкой соединенный с отрицательным полюсом выпрямителя, а другой обкладкой соединенный через диоды с управляющим электродом тиристора коммутатора и с управляющим электродом шунтирующего тиристора, катоды которых соединены с положительным полюсом выпрямителя [2].

Недостатками этого устройства являются низкие точность и эффективность торможения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению является устройство для динамического торможения асинхронного электродвигателя, содержащее трансформатор тока, силовой контактор с катушкой с четырьмя замыкающими и двумя размыкающими контактами, три замыкающих контакта контактора первыми выводами предназначены для подключения к трем фазам источника питания, а вторые выводы первого и второго замыкающих контактов предназначены для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя, один вывод кнопки “СТОП” предназначен для подключения к фазе источника питания, другой вывод кнопки “СТОП” через кнопку “ПУСК”, шунтированную четвертым замыкающим контактом контактора, подключен к одному выводу катушки контактора, другой вывод катушки контактора предназначен для подключения к нулю источника питания, управляемый выпрямитель, выход которого предназначен для подключения к двум фазам статорной обмотки, генератор пилообразного напряжения, датчик ЭДС вращения, усилитель-ограничитель, источник опорного напряжения, блок суммирования, формирователь прямоугольных импульсов, блок преобразования и хранения тока статора, вход которого подключен к выходу трансформатора тока, первый вход которого предназначен для подсоединения к третьей фазе обмотки статора электродвигателя, а второй вход трансформатора тока подключен ко второму выводу третьего замыкающего контакта контактора, входы датчика ЭДС предназначены для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя, а выход через первый размыкающий контакт контактора соединен с входом усилителя-ограничителя, выход которого подсоединен к управляющим входам формирователя прямоугольных импульсов и генератора пилообразного напряжения, первый вход которого подключен к второму выводу третьего замыкающего контакта контактора через второй размыкающий контакт контактора, а второй вход генератора пилообразного напряжения предназначен для подключения к нулевому проводу источника питания, первый и второй входы блока суммирования соединены соответственно с выходами блока преобразователя и хранения тока статора и источника опорного напряжения, а выход подключен к первому информационному входу формирователя прямоугольных импульсов, второй информационный вход которого подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения, выход формирователя прямоугольных импульсов соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя [3].

Однако указанное устройство имеет низкие точность и эффективность торможения. Это обусловлено тем, что для формирования величины тормозного тока используется запомненное значение величины рабочего тока статора. В условиях нестабильности напряжения источника питания запомненное значение рабочего тока статора будет номинальным, выше номинального или ниже номинального. Поэтому формируемый тормозной ток будет больше или меньше требуемого значения. Это вызывает низкие точность и эффективность торможения.

Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства, лишенного вышеперечисленных недостатков. Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого изобретения, является повышение точности и эффективности торможения электродвигателя за счет использования управляющего сигнала, изменяющегося по пропорционально-интегральному (изодромному) закону для формирования угла отпирания тиристоров управляемого выпрямителя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя, содержащее контактор с катушкой с четырьмя замыкающими и двумя размыкающими контактами, три замыкающих контакта контактора первыми выводами предназначены для подключения к трем фазам источника питания, а вторые выводы первого и второго замыкающих контактов предназначены для подключения к двум фазам обмотки статора электродвигателя, один вывод кнопки “СТОП” через кнопку “ПУСК”, шунтированную четвертым замыкающим контактом контактора, подключен к одному выводу катушки контактора, другой вывод катушки контактора предназначен для подключения к нулю источника питания, управляемый выпрямитель, выход которого предназначен для подключения к двум фазам обмотки статора, датчик ЭДС вращения, усилитель-ограничитель, блок суммирования, фазоимпульсный блок управления, выход которого подключен к информационному входу управляемого выпрямителя, введены реле торможения с катушкой с одним размыкающим и двумя замыкающими контактами, катушка которого подключена к выходу усилителя-ограничителя, второй вывод кнопки “СТОП” через размыкающий контакт реле торможения подсоединен к первой фазе источника питания, первый и второй входные выводы датчика ЭДС вращения через первый и второй размыкающие контакты контактора подсоединены к нулю и третьей фазе обмотки статора электродвигателя соответственно, а выход подключен к входу усилителя-ограничителя, блок сравнения частоты, согласующее устройство, первый и второй входные выводы которого через первый и второй замыкающие контакты реле торможения подключены к нулю и третьей фазе источника питания соответственно, а выход подсоединен к первому входу блока сравнения частоты, второй вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, выход блока сравнения частоты подсоединен одновременно к входу блока интегрирования и первому входу блока суммирования, второй вход которого подключен к выходу блока интегрирования, выход блока суммирования подсоединен к входу блока импульсно-фазового управления.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя отличается тем, что в него введены реле торможения с катушкой с одним размыкающим и двумя замыкающими контактами, катушка которого подключена к выходу усилителя-ограничителя, второй вывод кнопки “СТОП” через размыкающий контакт реле торможения подсоединен к первой фазе источника питания, первый и второй входные выводы датчика ЭДС вращения через первый и второй размыкающие контакты контактора подсоединены к нулю и третьей фазе обмотки статора электродвигателя соответственно, а выход подключен к входу усилителя-ограничителя, блок сравнения частоты, согласующее устройство, первый и второй входные выводы которого через первый и второй замыкающие контакты реле торможения подключены к нулю и третьей фазе источника питания соответственно, а выход подсоединен к первому входу блока сравнения частоты, второй вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, выход блока сравнения частоты подсоединен одновременно к входу блока интегрирования и первому входу блока суммирования, второй вход которого подключен к выходу блока интегрирования, выход блока суммирования подсоединен к входу блока импульсно-фазового управления.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерии “новизна”.

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию “изобретательский уровень”.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя.

Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя содержит электродвигатель 1, кнопку 2 “СТОП”, кнопку 3 “ПУСК”, контактор 4, согласующее устройство 5, блок сравнения частоты 6, блок интегрирования 7, датчик ЭДС вращения 8, усилитель-ограничитель 9, реле торможения 10, блок суммирования 11, блок фазоимпульсного управления 12 и управляемый выпрямитель 13.

Первая, вторая и третья обмотки статора электродвигателя 1 через первый, второй и третий замыкающие контакты 4.1, 4.2, 4.3 контактора 4 соединены соответственно с первой, второй и третьей фазами силовой трехфазной питающей сети. Один вывод кнопки “СТОП” через кнопку “ПУСК”, зашунтированную четвертым замыкающим контактом 4.4 контактора 4, подключен к одному выводу катушки контактора 4, второй вывод которой подсоединен к нулю источника питания. Второй вывод кнопки 2 “СТОП” через первый размыкающий контакт 10.1 реле торможения 10 подсоединен к первой фазе источника питания. Первый и второй входные выводы согласующего устройства 5 через первый и второй замыкающие контакты 10.2 и 10.3 реле торможения 10 подключены соответственно к нулю и третьей фазе источника питания. Выход согласующего устройства 5 подсоединен к первому входу блока 6 сравнения частоты. Первый и второй входные выводы датчика ЭДС вращения 8 через первый и второй размыкающие контакты 4.5 и 4.6 контактора 4 подключены соответственно к нулю и третьей фазе обмотки статора электродвигателя 1. Выход датчика ЭДС вращения 8 подсоединен к входу усилителя-ограничителя 9, выход которого подсоединен одновременно к катушке реле торможения 10 и второму входу блока сравнения частоты 6. Выход блока сравнения частоты 6 подключен одновременно к входу блока интегрирования 7 и первому входу блока суммирования 11. Выход блока интегрирования 7 подсоединен ко второму входу блока суммирования 11, выход которого подключен к входу блока импульсно-фазового управления 12. Выход блока импульсно-фазового управления 12 подсоединен к информационному входу управляемого выпрямителя 13, выход которого подключен ко второй и третьей фазам обмотки статора электродвигателя 1.

Устройство для динамического торможения трехфазного асинхронного электродвигателя работает следующим образом.

При включении контактора 4 нажатием кнопки 3 “ПУСК” электродвигатель 1 с помощью замыкающих контактов 4.1, 4.2 и 4.3 контактора 4 подключается к источнику питания. С помощью замыкающего контакта 4.4 контактора 4 блокируется кнопка “ПУСК”. Электродвигатель 1 приходит во вращение. При этом размыкающие контакты 4.5 и 4.6 контактора 4 разомкнуты. Реле торможения 10 выключено, его размыкающий контакт 10.1 замкнут, замыкающие контакты 10.2 и 10.3 разомкнуты.

Для торможения электродвигателя 1 нажимают кнопку 2 “ПУСК”. При этом контакты 4.1, 4.2 и 4.3 размыкаются и замыкаются контакты 4.5 и 4.6 контактора 4. Электродвигатель 1 вращается по инерции. Датчик ЭДС вращения 8 выдает сигнал о наличии вращения ротора электродвигателя 1. Сигнал с датчика ЭДС вращения 8 поступает на вход усилителя-ограничителя 9, выходной сигнал которого подается одновременно на первый вход блока сравнения частоты 6 и на катушку реле торможения 10, которое при этом включается. Его размыкающие контакты 10.1 размыкаются, а замыкающие контакты 10.2 и 10.3 замыкаются. На вход блока согласования 5 поступает синусоидальное напряжение, с выхода которого согласованное по уровню синусоидальное напряжение подается на второй вход блока сравнения частоты 6, выходной сигнал которого определяется следующим выражением:

U=k₆ (t), (1)

где k₆ - коэффициент передачи блока сравнения частоты;

- частота вращения ротора электродвигателя.

Выходной сигнал блока сравнения частоты 6 поступает одновременно на вход блока интегрирования 7 и на первый вход блока суммирования 11, на второй вход которого подается сигнал с выхода блока интегрирования 7. На выходе блока суммирования снимается напряжение, которое определяется выражением

где k₆, k₇ и k₁₁ - коэффициенты передачи блоков сравнения частоты, интегрирования и суммирования соответственно.

Из выражения (2) следует, что выходной сигнал блока суммирования 11 изменяется по пропорционально-интегральному (изодромному) закону. Выходной сигнал блока суммирования 11 поступает на вход блока импульсно-фазового управления 12, в котором указанный сигнал преобразуется в напряжение угла отпирания тиристоров управляемого выпрямителя 13. Выходной сигнал блока импульсно-фазового управления 12 подается на управляющий вход управляемого выпрямителя 13.

При наличии управляющего сигнала тормозной ток протекает через управляемый выпрямитель 13 и по обмоткам статора электродвигателя 1.

При остановке ротора электродвигателя 1 сигнал ЭДС вращения, а значит, и сигнал на выходе усилителя-ограничителя 9 становится равным нулю. Это приводит к отключению реле торможения 10 и управляемого выпрямителя 13. Двигатель вновь готов к включению.

Использование сигнала, изменяющегося по пропорционально-интегральному закону для формирования угла отпирания тиристоров управляемого выпрямителя, а следовательно, и тормозного тока дает возможность осуществить плавное торможение электродвигателя до полной остановки ротора. Это позволяет повысить точность и надежность торможения электродвигателя.

Источники информации

1. Патент США №3398343, кл. 318-212, 1968.

2. Петров Л.П. и др. Асинхронный электропривод с тиристорными коммутаторами. - М.: Энергия, 1970, с.115-119.

3. Авторское свидетельство СССР №1624646, кл. Н 02 Р 3/24, 1991 г.