RU162513U1

RU162513U1 - DEVICE FOR REGULATING THE SPEED OF ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTORS WITH A CABINET FREQUENCY CONVERTER

Info

Publication number: RU162513U1
Application number: RU2015146286/07U
Authority: RU
Inventors: Николай Ефимович Лях; Максим Феликсович Фрик; Владимир Андреевич Кустов; Александр Михайлович Борисов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЧелПривод"
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2016-06-10

Abstract

Устройство частотного регулирования скорости асинхронных электродвигателей с преобразователем частоты шкафного исполнения, содержащее кабель или троллейный токосъем для подключения к источнику питания, автоматический выключатель, магнитный пускатель, преобразователь частоты, содержащий блок выпрямителей, блок управления напряжением, блок зарядно-разрядный, блок конденсаторов, три инвертора с платами управления инверторами и подключенными к преобразователю частоты три или четыре электродвигателя с тормозами для электродвигателей, три аппарата ручного управления скоростью электродвигателей, подключенными к соответствующим платам управления инверторов преобразователя частоты, и тормозной резистор, отличающееся тем, что на вход блока управления напряжением преобразователя частоты подключены выходы автоматического выключателя, кнопки «Пуск» и «Стоп», а его выходы соединены с магнитным пускателем, тремя платами управления инверторов, с четырьмя элементами блока зарядно-разрядного, первый элемент - реле с одним замыкающим и одним размыкающим контактом, замыкающий контакт которого соединен с зарядным резистором, а размыкающий контакт с разрядным резистором, второй и третий элементы - тиристоры, один из них подключен к цепям заряда, а второй к цепям разряда блока конденсаторов, четвертый элемент - полевой транзистор, подключенный к тормозному резистору.A frequency control device for the speed of asynchronous electric motors with a cabinet-mounted frequency converter, containing a cable or trolley current collector for connecting to a power source, a circuit breaker, a magnetic starter, a frequency converter containing a rectifier unit, a voltage control unit, a charge-discharge unit, a capacitor unit, three inverters with control boards for inverters and three or four electric motors connected to the frequency converter with brakes for the electric motor , three apparatuses for manual control of the speed of electric motors connected to the corresponding control boards of the inverters of the frequency converter, and a braking resistor, characterized in that the outputs of the circuit breaker, the Start and Stop buttons are connected to the input of the voltage control unit of the frequency converter, and its outputs are connected with a magnetic starter, three control boards of inverters, with four elements of the charge-discharge block, the first element is a relay with one NO and one NO contact, closing th contact of which is connected to the charging resistor, and a break contact to the discharge resistor, second and third elements - thyristors, one of which is connected to the charging circuits and second circuits to discharge the capacitor bank, the fourth element - a field effect transistor connected to the brake resistor.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и может использоваться для управления и регулирования скорости асинхронных короткозамкнутых электродвигателей производственных установок различного технологического назначения с возможностью эксплуатации и ремонта в сложных, например, полевых условиях (краны на гусеничном ходу, козловые краны, мостовые краны вне помещений и т.п.).The utility model relates to electrical engineering and can be used to control and control the speed of asynchronous short-circuited electric motors of industrial plants for various technological purposes with the possibility of operation and repair in difficult, for example, field conditions (crawler cranes, gantry cranes, bridge cranes outdoors, etc. .).

В настоящее время основными устройствами для регулирования скорости асинхронных электродвигателей являются преобразователи частоты. Десятки ведущих электротехнических фирм мира выпускают такие устройства на мощности от десятков ватт до десятков мегаватт. Инструкции по их эксплуатации зачастую по объему превышают сотню страниц и рассчитаны на все случаи жизни. Компоновка таких устройств моноблочная. Компоновка чрезвычайно плотная и ремонт таких устройств возможен фактически лишь на специализированных предприятиях.Currently, the main devices for controlling the speed of induction motors are frequency converters. Dozens of leading electrical companies in the world produce such devices at capacities from tens of watts to tens of megawatts. Instructions for their use often exceed a hundred pages in volume and are designed for all occasions. The layout of such devices is monoblock. The layout is extremely dense and repair of such devices is actually possible only at specialized enterprises.

Известны устройства частотного регулирования скорости асинхронных электродвигателей менее распространенной шкафной компоновки, например, преобразователь частоты SINAMICS V50 фирмы Siemens (http://www.sinetic.ru/files/catalog/siemens/electroprivod/V50_catalog_RU_2008.pdf, дата обращения 16.09.2015 г.), который принимается за прототип. Это устройство состоит из элементов соединения с сетью (автоматический выключатель, предохранители, контактор, входной дроссель), преобразователя частоты (выпрямитель, фильтрующие конденсаторы и инвертор), процессорного устройства для реализации опций адаптации к предъявляемым требованиям и клемм для связи с питающей сетью, с двигателем и внешними устройствами управления электродвигателем. Комплектующие функциональные узлы представлены самостоятельными силовыми компонентами и модулями. Все модули являются легкодоступными, что делает преобразователь удобным для обслуживания. Силовые компоненты и единичные модули легко и быстро заменяются.Known frequency control devices for the speed of asynchronous electric motors of a less common cabinet layout, for example, a SINAMICS V50 frequency converter from Siemens (http://www.sinetic.ru/files/catalog/siemens/electroprivod/V50_catalog_RU_2008.pdf, accessed September 16, 2015 ), which is taken as a prototype. This device consists of network connection elements (circuit breaker, fuses, contactor, input choke), a frequency converter (rectifier, filtering capacitors and inverter), a processor device for implementing adaptation options to the requirements and terminals for communication with the mains supply, with the motor and external motor control devices. The completing functional units are represented by independent power components and modules. All modules are easily accessible, which makes the converter convenient for maintenance. Power components and unit modules are easily and quickly replaced.

Недостатками данного устройства являются: широкий диапазон опций, например, таких как скорость электродвигателя может быть задана как с использованием внутренних средств, так и извне, в первом случае при помощи фиксированных уставок скорости или потенциометром, либо при помощи толчкового позиционирования, извне скорость может быть задана через интерфейс связи или аналоговым сигналом на клеммной колодке, отдельно регулируемые значения времени разгона и времени торможения, адаптация к конкретному характеру статического момента нагрузки и т.п., реализованных на электронной базе, ограничивающей температурный диапазон работы устройства, который составляет 0°C - +40°C, и затрудняющих эксплуатационному персоналу работу в аварийных и ремонтных работах особенно в полевых условиях.The disadvantages of this device are: a wide range of options, for example, such as the speed of the electric motor can be set both using internal means and from the outside, in the first case using fixed speed settings or a potentiometer, or using jogging, the speed can be set from the outside via a communication interface or an analog signal on the terminal block, separately adjustable values for acceleration time and braking time, adaptation to the specific nature of the static load moment and the like, implemented in an electronic database, limiting the temperature range of the device, which is 0 ° C - + 40 ° C, and impeding the operating personnel to work in emergency repairs and especially in field conditions.

Практика показывает, что создание преобразователей частоты для работы в условиях пониженных температур встречает ряд трудностей, и они выпускаются в основном для работы при температуре окружающей среды в диапазоне от (-10 … - 15°C) до +40°C.Practice shows that the creation of frequency converters for operation at low temperatures meets a number of difficulties, and they are produced mainly for operation at ambient temperatures in the range from (-10 ... - 15 ° C) to + 40 ° C.

Технический результат заявляемой полезной модели направлен на управление устройством одновременно несколькими электродвигателями, облегчение эксплуатационного и ремонтного обслуживания устройства, обеспечение работоспособности устройства при температуре окружающей среды - 40°C - +45°C.The technical result of the claimed utility model is aimed at controlling the device simultaneously by several electric motors, facilitating maintenance and repair of the device, ensuring the operability of the device at an ambient temperature of -40 ° C - + 45 ° C.

Технический результат достигается за счет того, что заявляемое устройство частотного регулирования скорости асинхронных электродвигателей с преобразователем частоты шкафного исполнения, содержит автоматический выключатель, магнитный пускатель, преобразователь частоты шкафного исполнения, содержащий блок выпрямителей, блок зарядно-разрядный, блок управления напряжением, блок конденсаторов и три инвертора с платами управления инверторами, и подключенные к преобразователю частоты три или четыре электродвигателя с тормозами электродвигателей, три аппарата ручного управления скоростью вращения электродвигателей и тормозной резистор рассеивания энергии режима рекуперативного торможения. На вход блока управления напряжением преобразователя частоты подключены выходы автоматического выключателя, кнопки «Пуск» и «Стоп», а выходы соединены с магнитным пускателем, тремя платами управления инверторов, с четырьмя элементами блока зарядно-разрядного, первый элемент - реле с одним замыкающим и одним размыкающим контактом, замыкающий контакт соединен с зарядным резистором, а размыкающий контакт с разрядным резистором, второй и третий элементы - тиристоры, один из них подключен к цепям заряда, а второй к цепям разряда блока конденсаторов и, наконец, четвертый элемент - полевой транзистор, подключенный к тормозному резистору.The technical result is achieved due to the fact that the inventive device for frequency control of the speed of asynchronous electric motors with a cabinet frequency converter contains a circuit breaker, a magnetic starter, a cabinet frequency converter containing a rectifier unit, a charge-discharge unit, a voltage control unit, a capacitor unit and three inverters with inverter control boards, and three or four electric motors with electric brakes connected to the frequency converter engines, three manual control devices for the rotational speed of electric motors and a braking resistor for energy dissipation of the regenerative braking mode. The input of the voltage control unit of the frequency converter is connected to the outputs of the circuit breaker, the Start and Stop buttons, and the outputs are connected to a magnetic starter, three inverter control boards, with four elements of the charge-discharge block, the first element is a relay with one closing and one by a breaking contact, a closing contact is connected to a charging resistor, and a breaking contact with a discharge resistor, the second and third elements are thyristors, one of them is connected to the charge circuits, and the second to the discharge circuits of the condenser unit Ator, and finally, the fourth element - a field effect transistor connected to the brake resistor.

Технический результат достигается тем, что преобразователь частоты устройства имеет общий выпрямитель на три инвертора напряжения, каждый из которых управляет своим (своими) короткозамкнутыми электродвигателями, поэтому исключена какая-либо адаптация к конкретным условиям (подключай электродвигатели с мощностью, не превышающей указанной в паспорте устройства, и не перегружай их выше разрешенных в паспорте значений) и, наконец, все комплектующие элементы преобразователя без исключений выбраны на гарантированную работу при температуре окружающей среды в диапазоне - 40°C - +45°C.The technical result is achieved in that the device’s frequency converter has a common rectifier for three voltage inverters, each of which controls its (its) squirrel-cage electric motors, therefore any adaptation to specific conditions is excluded (connect electric motors with a power not exceeding that specified in the device passport, and do not overload them above the values allowed in the passport) and, finally, all the components of the converter, without exception, are selected for guaranteed operation at temperatures e environment in the range - 40 ° C - + 45 ° C.

Сущность полезной модели поясняется чертежом на фиг., где представлена функциональная схема заявляемого устройства, позициями обозначены следующие элементы: 1 - троллейный токосъем, 2 - автоматический выключатель, 3 - магнитный пускатель, 4 - шкаф частотного преобразователя, 5 - блок выпрямителя, 6 - блок управления напряжением, 7 - блок зарядно-разрядный, 8 - катушка реле, 9 - замыкающий контакт реле, 10 - размыкающий контакт реле, 11 - зарядный резистор, 12 - разрядный резистор, 13 - тиристор заряда, 14 - тиристор разряда, 15 - полевой транзистор, 16 - блок конденсаторов, 17, 18, 19 - инверторы, 20, 21, 22 - платы управления инверторами, 23, 25, 27, 29 - электродвигатели, 24, 26, 28, 30 - тормоза электродвигателей, 31, 32, 33 - аппараты ручного управления скоростью электродвигателей, 34 - тормозной резистор.The essence of the utility model is illustrated by the drawing in Fig., Which shows the functional diagram of the claimed device, the positions indicate the following elements: 1 - trolley current collector, 2 - circuit breaker, 3 - magnetic starter, 4 - frequency converter cabinet, 5 - rectifier unit, 6 - block voltage control, 7 - charge-discharge block, 8 - relay coil, 9 - relay closing contact, 10 - relay opening contact, 11 - charging resistor, 12 - bit resistor, 13 - charge thyristor, 14 - discharge thyristor, 15 - field transistor 16 - conde block Satorov, 17, 18, 19 - inverters, 20, 21, 22 - inverter control boards, 23, 25, 27, 29 - electric motors, 24, 26, 28, 30 - electric motor brakes, 31, 32, 33 - manual control devices speed of electric motors, 34 - brake resistor.

Приведенная на фиг. схема ориентирована на использование заявляемого устройства, например, для управления мостовым краном с четырьмя короткозамкнутыми асинхронными двигателями.Referring to FIG. the scheme is focused on the use of the inventive device, for example, to control an overhead crane with four squirrel cage induction motors.

Устройство содержит элементы соединения с сетью - автоматический выключатель питания 2 и магнитный пускатель 3, которые располагаются вне шкафа преобразователя частоты 4. В шкафу 4 установлены силовые компоненты и модули преобразователя частоты: блок выпрямителя 5, блок зарядно-разрядный 7, блок конденсаторов 16, блок управления напряжением 6, три инвертора 17, 18, 19 с платами управления инверторами 20, 21, 22 соответственно и клеммы (на фиг. не обозначены) для связи шкафа преобразователя с сетью питания, с электродвигателями 23, 25, 27, 29 и их тормозами 24, 26, 28, 30 соответственно, аппаратами ручного управления 31, 32 и 33 скоростью соответствующих электродвигателей, внешнего разрядного сопротивления 34 при работе устройства в режиме рекуперативного торможения, например, при спуске груза подъемным механизмом крана. Силовые компоненты и единичные модули, расположенные в шкафу 4, выполнены съемными и, при необходимости, легко и быстро заменяемыми.The device contains elements of network connection - an automatic power switch 2 and a magnetic starter 3, which are located outside the cabinet of the frequency converter 4. In the cabinet 4 there are power components and frequency converter modules: a rectifier unit 5, a charge-discharge unit 7, a capacitor block 16, a block voltage control 6, three inverters 17, 18, 19 with control boards for inverters 20, 21, 22, respectively, and terminals (not shown in FIG.) for connecting the converter cabinet to the power supply, with electric motors 23, 25, 27, 29 and their brakes 24, 26, 28, 30, respectively, by manual control devices 31, 32 and 33 of the speed of the respective electric motors, external discharge resistance 34 when the device is in regenerative braking mode, for example, when the load is lowered by a crane lifting mechanism. Power components and individual modules located in the cabinet 4 are removable and, if necessary, easily and quickly replaced.

Питание устройства осуществляется от трехфазной сети 380 B 50 Гц кабелем или, в общем случае, как показано на фиг., через троллейный токосъем 1 включением автоматического выключателя питания 2. При включении этого автоматического выключателя напряжение сети подается на блок управления напряжением 6 (далее по тексту блок 6) преобразователя частоты. На блок 6 кроме основного назначения управления выпрямленным напряжением для питания инверторов 17, 18, 19 преобразователя частоты возлагается функция контроля целостности фаз питания. При нажатии кнопки «Пуск» указанный блок 6 обеспечивает включение магнитного пускателя 3 и его самоблокировку лишь при отсутствии обрыва фаз питающей сети. Отключение устройства осуществляется нажатием кнопки «Стоп». При питании устройства через троллейный токосъем 1 блок 6 преобразователя частоты контролирует длительность отключения фаз (искрение на троллеях) и, если длительность разрыва фаз превышает длительность, заданную при настройке устройства, магнитный пускатель 3 выключается и остается в выключенном состоянии до очередного нажатия кнопки «Пуск».The device is powered from a three-phase network 380 V 50 Hz with a cable or, in the general case, as shown in Fig., Through the trolley current collector 1 by turning on the power switch 2. When this switch is turned on, the mains voltage is supplied to voltage control unit 6 (hereinafter block 6) of the frequency converter. On the block 6 in addition to the main purpose of controlling the rectified voltage to power the inverters 17, 18, 19 of the frequency converter is assigned the function of monitoring the integrity of the supply phases. When you press the "Start" button, the indicated unit 6 provides the inclusion of a magnetic starter 3 and its self-locking only in the absence of phase failure of the supply network. Deactivation of the device is carried out by pressing the “Stop” button. When the device is powered through the trolley current collector 1, the unit 6 of the frequency converter controls the duration of the phase shutdown (sparking on the trolleys) and, if the phase discontinuity exceeds the duration specified when setting up the device, the magnetic starter 3 turns off and remains off until the next start button is pressed .

При включении магнитного пускателя 3 блок выпрямителя 5 преобразователя частоты получает питание и обеспечивает питание силовых элементов преобразователя частоты. Уменьшение пульсаций выпрямленного напряжения обеспечивается блоком конденсаторов 16 (далее по тексту блок 16). Особенностью используемых в блоке 16 высоковольтных электролитических конденсаторов, предназначенных для работы при температуре окружающей среды от - 40°C до +85°C, является требование выполнения их заряда/разряда сравнительно малыми токами. Эта задача возлагается на блок зарядно-разрядный 7 (далее по тексту блок 7), где резисторы 11 и 12 ограничивают зарядный и разрядный токи соответственно при включении и отключении устройства.When you turn on the magnetic starter 3, the rectifier unit 5 of the frequency converter receives power and provides power to the power elements of the frequency converter. The reduction of the ripple of the rectified voltage is provided by the block of capacitors 16 (hereinafter referred to as block 16). A feature of 16 high-voltage electrolytic capacitors used in the unit 16, designed to operate at an ambient temperature of –40 ° C to + 85 ° C, is the requirement that their charge / discharge be performed by relatively low currents. This task is assigned to the charge-discharge block 7 (hereinafter referred to as block 7), where the resistors 11 and 12 limit the charging and discharge currents, respectively, when the device is turned on and off.

При включении устройства по сигналу блока 6 в блоке 7 получает питание катушка реле 8, которое своим замыкающим контактом 9 включает резистор 11, ограничивающий ток заряда силовых конденсаторов блока 16. При достижении напряжением на указанных конденсаторах значения рабочего уровня блок 6 включает тиристор 13 блока 7, шунтирующий зарядный резистор 11.When the device is turned on, the signal from the block 6 in block 7 receives power from the relay coil 8, which with its make contact 9 includes a resistor 11, which limits the charge current of the power capacitors of block 16. When the voltage at the indicated capacitors reaches the working level, block 6 turns on the thyristor 13 of block 7, shunt charging resistor 11.

При отключении устройства блок 6 отключает магнитный пускатель 3, отключает реле 8 и снимает сигнал с управляющего электрода тиристора 13, а на тиристор 14 подает управляющий сигнал, открывая его. Образуется цепь: открывшийся тиристор 14, разрядное сопротивление 12 и замкнувшийся размыкающий контакт 10 реле 8. По этой создавшейся цепи происходит разряд конденсаторов блока 16.When the device is turned off, block 6 turns off the magnetic starter 3, turns off the relay 8 and removes the signal from the control electrode of the thyristor 13, and sends a control signal to the thyristor 14, opening it. A circuit is formed: the opened thyristor 14, the discharge resistance 12 and the closed opening contact 10 of the relay 8. The capacitors of the block 16 are discharged along this circuit.

При работе устройства в режиме рекуперативного торможения напряжение на конденсаторах блока 16 повышается. Если это напряжение превышает допустимое значение, устанавливаемое при настройке устройства, блок 6 включает полевой транзистор 15, через который к цепи выпрямленного напряжения подключается внешнее разрядное сопротивление 34, в котором рассеивается энергия рекуперации.When the device is in regenerative braking mode, the voltage across the capacitors of block 16 rises. If this voltage exceeds the permissible value set when setting up the device, block 6 includes a field effect transistor 15, through which an external discharge resistance 34 is connected to the rectified voltage circuit, in which the recovery energy is dissipated.

Напряжение конденсаторов одновременно поступает на три инвертора 17, 18 и 19, каждый из которых реализован на IGBT-транзисторных модулях. Инверторы 17 и 18 управляют своими асинхронными электродвигателями с короткозамкнутыми роторами соответственно 23 и 25 с тормозами соответственно 24 и 26. При управлении заявляемым устройством, например, мостовым краном указанные электродвигатели могут быть двигателями соответственно механизма подъема и механизма перемещения тележки крана. Направление и скорость вращения электродвигателей задаются внешними аппаратами ручного управления скоростью, например, джойстиками, командоконтроллерами или иными аппаратами управления 31 и 32 через платы управления инверторами соответственно 20 и 21. Платы управления инверторами 20 и 21 работают совместно с блоком 7 через блок 6. Третий инвертор 19, управляемый через плату управления инвертором 22 аппаратом ручного управления скоростью 33, питает два параллельно работающих электродвигателя 27 и 29, с тормозами соответственно 28 и 30, например, для перемещения моста мостового крана.The voltage of the capacitors is simultaneously supplied to three inverters 17, 18 and 19, each of which is implemented on IGBT-transistor modules. Inverters 17 and 18 control their asynchronous motors with squirrel-cage rotors 23 and 25, respectively, with brakes 24 and 26, respectively. When controlling the inventive device, for example, a bridge crane, these motors can be motors of a lifting mechanism and a crane truck moving mechanism, respectively. The direction and speed of rotation of the electric motors are set by external manual speed control devices, for example, joysticks, command controllers or other control devices 31 and 32 through the control boards of inverters 20 and 21, respectively. The control boards of inverters 20 and 21 work in conjunction with block 7 through block 6. The third inverter 19, controlled by the manual speed control apparatus 33 through the control board of the inverter 22, feeds two parallel-running electric motors 27 and 29, with brakes 28 and 30, respectively, for example, eremescheniya bridge overhead crane.

Полезной моделью решаются следующие задачи:A useful model solves the following tasks:

- управление тремя (четырьмя) реверсивными асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором при использовании общего для всех инверторов напряжения силовых конденсаторов;- control of three (four) reversible asynchronous motors with a squirrel-cage rotor when using the voltage of power capacitors common to all inverters;

- оптимизация опций адаптации устройства к конкретным электроприводам, сокращающая объем технической документации по устройству и упрощающая изучение устройства и его ремонт, особенно в полевых условиях;- optimization of options for adapting the device to specific electric drives, reducing the amount of technical documentation for the device and simplifying the study of the device and its repair, especially in the field;

- расширение температурного диапазона работоспособности устройства до - 40°C - +45°C за счет использования в нем всех комплектующих элементов на гарантированную работу при данной температуре окружающей среды;- expanding the temperature range of the device’s performance to –40 ° C - + 45 ° C due to the use of all components in it for guaranteed operation at a given ambient temperature;

- создание силовых компонентов и модулей для шкафной компоновки преобразователя частоты легкодоступными для обслуживания, легко и быстро заменяемыми.- the creation of power components and modules for the cabinet layout of the frequency converter, easily accessible for maintenance, easily and quickly replaced.

Claims

A frequency control device for the speed of asynchronous electric motors with a cabinet-mounted frequency converter, containing a cable or trolley current collector for connecting to a power source, a circuit breaker, a magnetic starter, a frequency converter containing a rectifier unit, a voltage control unit, a charge-discharge unit, a capacitor unit, three inverters with control boards for inverters and three or four electric motors with brakes for the electric motor connected to the frequency converter , three apparatuses for manual control of the speed of electric motors connected to the corresponding control boards of the inverters of the frequency converter, and a braking resistor, characterized in that the outputs of the circuit breaker, the Start and Stop buttons are connected to the input of the voltage control unit of the frequency converter, and its outputs are connected with a magnetic starter, three control boards of inverters, with four elements of the charge-discharge block, the first element is a relay with one NO and one NO contact, closing th contact of which is connected to the charging resistor, and a break contact to the discharge resistor, second and third elements - thyristors, one of which is connected to the charging circuits and second circuits to discharge the capacitor bank, the fourth element - a field effect transistor connected to the brake resistor.