RU68205U1

RU68205U1 - Система плавного пуска двух двигателей

Info

Publication number: RU68205U1
Application number: RU2007127353/22U
Authority: RU
Inventors: Михаил Аркадьевич Шурдов; Вячеслав Петрович Левшин; Виктор Борисович Степанов
Original assignee: Михаил Аркадьевич Шурдов; Вячеслав Петрович Левшин; Виктор Борисович Степанов
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2007-11-10

Abstract

Система плавного пуска двух двигателей содержит клеммы источника питания, клеммы трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам первого и второго двигателей, два выключателя прямого пуска, два контактора, два выключателя, пульт управления, разъединитель цепи питания, устройство пуска, который содержит блок силовых модулей, выполненный из трех пар встречно-параллельно включенных силовых тиристоров, два разъединителя, трансформатор тока, высоковольтный выключатель и блок управления. Достижение требуемого технического результат, заключающегося в улучшении режимов коммутации (режимов пуска и выключения) и расширении функциональных возможностей за счет обеспечения поочередного плавного пуска двух двигателей, обеспечивается выполнением блока силовых модулей из трех пар встречно-параллельно включенных силовых тиристоров, на управляющие электроды которых подается сигнал требуемой формы. 1 н.п.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в системах электроснабжения и защиты потребителей от резкого включения и выключения напряжения питания, например, для плавного пуска и торможения двух высоковольтных двигателей.

Известно устройство, содержащее один нереверсивный или два реверсивных контактора, два тепловых реле и кнопки «пуск» и «стоп», при этом, контакторами производится коммутация тока в силовой цепи, тепловые реле обеспечивают защиту от перегрузки, а кнопки «пуск» и «стоп» предназначены для пуска и торможения трехфазного асинхронного или синхронного двигателя [1].

Устройство имеет простую электрическую схему, что обусловило его применение в различных отраслях промышленности. Однако оно обладает относительно узкими функциональными возможностями.

Известно также устройство, содержащее первый, второй и третий входные зажимы для подачи входного линейного напряжения, первый, второй и третий выходные зажимы для подачи выходного линейного напряжения к зажимам электродвигателя, трехфазный выключатель, входные клеммы которого соединены с соответствующими входными зажимами, пускатель, входные клеммы которого соединены с соответствующим выходными клеммами трехфазного выключателя, а выходные клеммы - соединены с соответствующими выходными зажимами, а также

блок автоматики, содержащий последовательно соединенные первый нормально замкнутый контакт, входная клемма которого соединена с первой клеммой блока автоматики, первый нормально разомкнутый контакт, второй нормально замкнутый контакт, обмотку первого реле и третий нормально замкнутый контакт, вторая клемма которого соединена со второй клеммой блока автоматики, второй нормально разомкнутый контакт, включенный параллельно первому нормально разомкнутому контакту, последовательно соединенные второй нормально разомкнутый контакт, первая клемма которого соединена с первой клеммой первого нормально разомкнутого контакта, диод и обмотка второго реле, вторая клемма которой соединена со второй клеммой третьего нормально замкнутого контакта, последовательно соединенные ключ, входная клемма которого соединена с входной клеммой первого нормально замкнутого контакта, и третий нормально разомкнутый контакт, последовательно соединенные четвертый нормально замкнутый контакт, первая клемма которого соединена с выходной клеммой ключа, и обмотка третьего реле, вторая клемма которой соединена со второй клеммой обмотки второго реле [2].

Недостатком устройства также является относительно узкие функциональные возможности.

Другое устройство, содержащее клеммы для подключения трехфазной нагрузки, три реле минимального напряжения, три пары ключей, каждая из которых выполнена в виде первого и второго замыкающего контакта соответствующего реле минимального напряжения, три компенсирующего конденсатора, три фазосдвигающего дросселя, три предохранителя, трехфазный выпрямитель, контактор, при этом, обмотка каждого реле минимального напряжения включена на соответствующее линейное

напряжение, каждый из компенсирующих конденсаторов включен между собственной фазой и опережающей фазой через первый замыкающий контакт реле минимального напряжения соответствующей фазы, каждый из фазосдвигающих дросселей включен между одноименными клеммами для подключения сети и подключения трехфазной нагрузки и шунтирован вторыми ключами, выполненными в виде замыкающих контактов реле минимального напряжения отстающей фазы, предохранители подключены между клеммами для подключения соответствующих фаз сети и соответствующими выводами фазосдвигающих дросселей, входы трехфазного выпрямителя соединены с выходами соответствующих предохранителей, обмотка управления контактора включена между плюсовым и минусовым выходами выпрямителя, обмотка каждого реле минимального напряжения подключена на соответствующее линейное напряжение через соответствующий размыкающий контакт контактора, а каждый из фазосдвигающих дросселей зашунтирован соответствующим замыкающим контактом дополнительного контактора [3], также обладает относительно узкими функциональными возможностями.

Кроме того, известна система, содержащая три клеммы источника питания, три клеммы трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам двигателя, три предохранителя, первые клеммы которых подключены к соответствующим клеммам источника питания, устройство пуска, входные клеммы которого подключены к выходным клеммам соответствующих предохранителей, а выходные клеммы подключены к соответствующим клеммам трехфазной нагрузки, выпрямители со стабилизаторами и измерительными органами, подключенными параллельно соответствующим предохранителям,

при этом, устройство пуска содержит блок силовых модулей, выполненный из трех пар инверсно и параллельно включенных силовых тиристоров, входные клеммы которых являются входными клеммами блока силовых модулей и устройства пуска, выходные клеммы - являются выходными клеммами устройства пуска, а клеммы управляющего сигнала - являются клеммами управления силовыми модулями, и блок управления, выполняющий функции формирования сигнала управления силовыми модулями блока силовых модулей, включающий транзисторы, резисторы и оптронные пары, клеммы сигнала управления которого подключены к клеммам управления силовыми модулями блока силовых модулей, при этом, сигнал управления силовыми модулями блока силовых модулей является сигналом управления управляющими электродами силовых тиристоров [4].

Недостатком системы является относительно узкие функциональные возможности, поскольку устройство позволяет отключить нагрузку от источника питания и включить ее через заданную временную задержку в аварийной ситуации, но не позволяет обеспечит плавное изменение напряжения нагрузки для обеспечения, например, плавного включения и выключения электродвигателей. Кроме того, известное устройство предназначено для управления включением одной трехфазной нагрузки, что также сужает его функциональные возможности по использованием, например, в системах с резервированием исполнительных устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является система, содержащая трехфазную питающую цепь, разделенную на секции, первые трехфазные коммутационные аппараты, первый, второй и третий вход каждого из которых

подключен к одной из фаз соответствующей секции питающей сети, трехфазные электродвигатели, вход первой, второй и третьей фазных обмоток статора каждого из которых соединен, соответственно, с первой, второй и третьей фазой пусковой шины и с первым, вторым и третьими выходами каждого второго трехфазного коммутационного аппарата, третьи трехфазные коммутационные аппараты, первый, второй и третий вход каждого из которых подключены к первому, второму и третьему входам соответствующего второго трехфазного коммутационного аппарата, которые подключены к выходам, соответственно, первой, второй и третьей фазной обмотки соответствующего трехфазного двигателя, первый, второй и третий выходы каждого третьего трехфазного коммутационного аппарата соединены между собой [5].

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно невысокий коэффициент полезного действия, что вызвано потерями в ключах контакторов, поскольку замыкание силовой цепи производится в установившемся режиме через две группы контакторов.

Требуемый технический результат заключается в улучшении режимов коммутации и повышении коэффициента полезного действия.

Требуемый технический результат достигается тем, что, в системе, содержащей первые клеммы источника питания и первые клеммы трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам первого двигателя, вторые клеммы источника питания и вторые клеммы трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам второго двигателя, устройство пуска, которое содержит блок силовых модулей, выполненное из трех пар встречно-параллельно включенных силовых тиристоров, блок

управления, клеммы сигнала управления блоком силовых модулей которого подключены к клеммам управления силовыми модулями блока силовых модулей, которые соединены со входами управления соответствующих силовых тиристоров, первый и второй выключатели прямого пуска, входные клеммы первого и второго выключателей прямого пуска подключены к соответствующим первым и вторым клеммам источника питания, а их выходные клеммы - подключены к соответствующим вторым клеммам трехфазной нагрузки, а в нее введены первый и второй контакторы, выходные клеммы которых соединены с соответствующими первыми и вторыми клеммами трехфазной нагрузки, первый и второй выключатели, входные клеммы которых подключены к первым и вторым клеммам источника питания, соответственно, а также пульт управления и разъединитель цепи питания, входные и выходные клеммы которого соединены с первыми и вторыми клеммами источника питания, соответственно, а в устройство пуска введены первый разъединитель, входные клеммы которого являются первыми входными клеммами устройства пуска и подключены к выходным клеммам первого и второго выключателей, второй разъединитель, входные клеммы которого соединены с выходными клеммами блока силовых модулей, а выходные клеммы - являются первыми выходными клеммами устройства пуска и подключены к входным клеммам первого и второго контакторов, высоковольтный выключатель, входные клеммы которого подключены к выходным клеммам первого разъединителя, а клеммы управляющего сигнала - подключены к клеммам сигнала управления высоковольтным выключателем блока управления, и трансформатор тока, вход которого подключен между выходными клеммами высоковольтного выключателя и входными клеммами блока силовых модулей, а

выходные клеммы - подключены к клеммам уровня тока блока управления, при этом, первые и вторые клеммы пульта управления подключены к клеммам управления первого и второго разъединителей, соответственно, третьи клеммы пульта управления подключены к клеммам управления блока управления, четвертые клеммы пульта управления подключены к клеммам контроля состояния блока управления, клеммы сигнала управления первым и вторым контакторами блока управления подключены к управляющим входам первого и второго контакторов, соответственно, а клеммы сигнала управления первым и вторым выключателями прямого пуска блока управления подключены к управляющим входам первого и второго выключателя прямого пуска, соответственно.

На чертеже представлены: на фиг.1 - электрическая структурная схема системы плавного пуска двух двигателей, на фиг.2 - блока силовых модулей, на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу блока силовых модулей (на фиг.3,а - временная диаграмма сигнала на входных клеммах, на фиг.3,б - временная диаграмма сигнала на выходных клеммах).

Система плавного пуска двух двигателей (фиг.1) содержит первые клеммы 1 источника питания, первые клеммы 2 трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам первого двигателя 3, устройство 4 пуска, который содержит блок 5 силовых модулей, выполненный из трех пар встречно-параллельно включенных силовых тиристоров, и блок 6 управления.

При этом, клеммы сигнала управления блоком 5 силовых модулей блока 6 управления подключены к клеммам управления

силовыми модулями блока 5 силовых модулей, которые соединены со входами управления соответствующих силовых тиристоров.

Кроме того, система плавного пуска двух двигателей содержит вторые клеммы 7 источника питания, вторые клеммы 8 трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам второго двигателя 9, первый 10 выключатель прямого пуска, входные клеммы которого подключены к первым клеммам 1 источника питания, а выходные клеммы - подключены к первым клеммам 2 трехфазной нагрузки, второй выключатель 11 прямого пуска, входные клеммы которого подключены ко вторым клеммам 7 источника питания, а выходные клеммы - подключены ко вторым клеммам 8 трехфазной нагрузки.

Система содержит также первый 12 и второй 13 контакторы, выходные клеммы которого подключены к первым 2 и вторым 8 клеммам трехфазной нагрузки, соответственно, первый 14 и второй 15 выключатели, входные клеммы которых подключены к первым 1 и вторым 7 клеммам источника питания, соответственно, а также пульт 16 управления и разъединитель 17 цепи питания, входные и выходные клеммы которого соединены с первыми 1 и вторыми 7 клеммами источника питания, соответственно.

Устройство 4 пуска, входящее в систему, содержит также первый 18 разъединитель, входные клеммы 19 которого являются первыми входными клеммами устройства 4 пуска и подключены к выходным клеммам первого 14 и второго 15 выключателей, второй разъединитель 20, входные клеммы которого соединены с выходными клеммами блока 5 силовых модулей, а выходные клеммы 21 - являются первыми выходными клеммами устройства 4 пуска и подключены к входным клеммам первого 12 и второго 13 контакторов.

В устройство 4 входят также высоковольтный выключатель 22, входные клеммы которого подключены к выходным клеммам первого разъединителя 18, а клеммы управляющего сигнала - подключены к клеммам сигнала управления высоковольтным выключателем блока 6 управления, и трансформатор 23 тока, вход которого подключен между выходными клеммами высоковольтного выключателя 22 и входными клеммами блока 5 силовых модулей, а выходные клеммы - подключены к клеммам уровня тока блока 6 управления.

При этом, первые и вторые клеммы пульта 16 управления подключены к клеммам управления первого 18 и второго 20 разъединителей, соответственно, третьи клеммы пульта 16 управления подключены к клеммам управления блока 6 управления, четвертые клеммы пульта 16 управления подключены к клеммам контроля состояния блока 6 управления, клеммы сигнала управления первым и вторым контакторами блока управления подключены к управляющим входам первого 12 и второго 13 контакторов, соответственно, а клеммы сигнала управления первым и вторым выключателями прямого пуска блока управления подключены к управляющим входам первого 14 и второго 15 выключателя прямого пуска, соответственно.

Блок 5 силовых модулей (фиг.2) содержит три пары 24, 25, 26 встречно-параллельно включенных силовых тиристоров 24-1, 24-2, 25-1, 25-2, 26-1, 26-2, управляющие электроды которых подключены к клеммам сигнала управления блока 5 силовых модулей.

Система выполнена на стандартных элементах электротехники. При этом, блок 6 управления может быть выполнен на микропроцессоре, который программируется в соответствии с приведенным ниже алгоритмом его работы и математическим

соотношениями т.е., поскольку блок 6 охарактеризован на функциональном уровне и описываемая форма реализации предполагает использование программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, поэтому представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения таким средством конкретной предписываемой ему в составе данной системы, в частности, приводится алгоритм и соответствующие математические выражения.

Пульт 16 управления может быть выполнен в виде панели с кнопками и индикаторами соответствующего функционального назначения или в виде автоматического устройства. Формируемые сигналы пульта 16, позволяющие реализовать этот элемент системы и подтверждающие возможность выполнения таким средством конкретной предписываемой ему в составе данной системе функций, приведены ниже.

Работает система плавного пуска двух двигателей следующим образом.

Система позволяет обеспечивать прямой неплавный пуск первого 3 и второго 9 двигателей. Однако основной режим работы системы основывается на обеспечении их плавного пуска.

В процессе работы двигатели запускаются поочередно с интервалом между пусками не менее 15 минут.

В исходном состоянии первый 3 и второй 9 двигатели отключены, первый 18 и второй 20 разъединители замкнуты. Управлением пуска производится с пульта 16 управления вручную или автоматически (программно). На пульте 16 управления расположены органы управления и мнемосхемы с отображением текущего состояния системы и процесса запуска. В блоке 6

управления запрограммированы параметры токовой диаграммы пуска (фиг.3).

Для выполнения плавного запуска с помощью пульта 16 управления подается питание в блок 6 управления.

Вначале запускается один из двигателей, например, первый двигатель 3. Команда пуска первого двигателя 3 осуществляется подачей сигнала на управляющие входы первого 18 и второго 20 разъединителей, которые могут быть выполнены в виде вакуумных выключателей, и сигнала в блок управления 6, по которому этот блок подает сигнал управления на управляющий вход первого контактора 12 и первого выключателя 14, а также на управляющий вход блока 5 силовых тиристоров, которые управляются сигналами в соответствии с заданной временной диаграммой (фиг.3) и подаются на управляющие электроды встречно-параллельно включенных силовых тиристоров 24-1, 24-2, 25-1, 25-2, 26-1, 26-2.

Импульсы, подаваемые на управляющие электроды тиристоров синхронизированы с напряжением источника питания и сдвинуты относительно перехода через нуль напряжений соответствующих фаз на угол регулирования α, величина которого определяется в блоке 6 управления в соответствии с заданной пусковой характеристикой и с учетом сигнала, поступающего с трансформатора тока 23.

В результате первый двигатель 3 разгоняется. При достижении первым двигателем 3 номинальной скорости вращения блоком 6 управления выполняется алгоритм завершения пуска: формируется сигнал на включение первого выключателя 10 прямого пуска, на запирание тиристоров блока 5 силовых тиристоров, отключение первого выключателя 14 и первого контактора 12.

Разъединитель 17 цепи питания позволяет разъединить общую цепь питания для первого 14 и второго 15 выключателей.

Аналогично описанному происходит плавный пуск второго двигателя 9 с задействованием соответствующих ему элементов системы.

Отключение первого 3 и второго 9 двигателей производится путем отключения, соответственно, первого 10 и второго 11 выключателей прямого пуска.

Временные диаграммы напряжения и тока в нагрузке для угла регулирования α≈75 электрических градусов представлены на фиг.3.

Напряжение на активно-индуктивной нагрузке (фиг.3,б) представляет собой часть входного напряжения синусоидальной формы (фиг.3,а), величина которого изменяется в зависимости от угла управления α_min≤α≤α_mах. Для значений углов регулирования α≥180 эл. градусов напряжение на нагрузке равно нулевому значению, а для α≤φ напряжение на нагрузке равно входному напряжению питающей сети, где , Lн - индуктивность нагрузки, Rн - активное сопротивление нагрузки.

Математически зависимость выходного напряжения описывается уравнением

,

где U_вых - действующее значение напряжения на нагрузке;

U_m - амплитудное значение входного напряжения;

ψ - угол сдвига тока относительно напряжения.

На основании приведенной зависимости можно обеспечить плавное изменение ширины формируемых блоком 6 управления

импульсов и, следовательно, плавное изменение амплитуды напряжения и тока нагрузки как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. Этим самым достигается, например, плавный пуск двигателей и, при необходимости, их плавное торможение.

Источники информации, принятые во внимание

[1] Родштейн Л.А. Электрические аппараты. Л., Энергоиздат, 1981, стр.263, рис.21-1.

[2] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.458, рис.15.12.

[3] SU, 1723627, A1, H02J 9/06, H02М 5/14, 1992

[4] Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.461, рис.15.14.

[5] RU, 2277290, C1, H02P 1/58, 2004, (прототип).

Claims

Система плавного пуска двух двигателей, содержащая первые клеммы источника питания и первые клеммы трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам первого двигателя, вторые клеммы источника питания и вторые клеммы трехфазной нагрузки, подключенные к соответствующим клеммам второго двигателя, устройство пуска, которое содержит блок силовых модулей, выполненное из трех пар встречно-параллельно включенных силовых тиристоров, блок управления, клеммы сигнала управления блоком силовых модулей которого подключены к клеммам управления силовыми модулями блока силовых модулей, которые соединены со входами управления соответствующих силовых тиристоров, первый и второй выключатели прямого пуска, отличающаяся тем, что входные клеммы первого и второго выключателей прямого пуска подключены к соответствующим первым и вторым клеммам источника питания, а их выходные клеммы - подключены к соответствующим вторым клеммам трехфазной нагрузки, введены первый и второй контакторы, выходные клеммы которых соединены с соответствующими первыми и вторыми клеммами трехфазной нагрузки, первый и второй выключатели, входные клеммы которых подключены к первым и вторым клеммам источника питания соответственно, а также пульт управления и разъединитель цепи питания, входные и выходные клеммы которого соединены с первыми и вторыми клеммами источника питания соответственно, а в устройство пуска введены первый разъединитель, входные клеммы которого являются первыми входными клеммами устройства пуска и подключены к выходным клеммам первого и второго выключателей, второй разъединитель, входные клеммы которого соединены с выходными клеммами блока силовых модулей, а выходные клеммы - являются первыми выходными клеммами устройства пуска и подключены к входным клеммам первого и второго контакторов, высоковольтный выключатель, входные клеммы которого подключены к выходным клеммам первого разъединителя, а клеммы управляющего сигнала - подключены к клеммам сигнала управления высоковольтным выключателем блока управления, и трансформатор тока, вход которого подключен между выходными клеммами высоковольтного выключателя и входными клеммами блока силовых модулей, а выходные клеммы - подключены к клеммам уровня тока блока управления, при этом первые и вторые клеммы пульта управления подключены к клеммам управления первого и второго разъединителей соответственно, третьи клеммы пульта управления подключены к клеммам управления блока управления, четвертые клеммы пульта управления подключены к клеммам контроля состояния блока управления, клеммы сигнала управления первым и вторым контакторами блока управления подключены к управляющим входам первого и второго контакторов соответственно, а клеммы сигнала управления первым и вторым выключателями прямого пуска блока управления подключены к управляющим входам первого и второго выключателя прямого пуска соответственно.