Устройство управления синхронным приводным электродвигателем

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ПРИВОДНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ(71) Заявитель Закрытое акционерное общество Белналадка(72) Авторы Амелько Игорь Александрович Климко Иван Юрьевич(73) Патентообладатель Закрытое акционерное общество Белналадка(57) 1. Устройство управления синхронным электродвигателем, содержащее силовой блок,состоящий из питающего трансформатора и выпрямителя, систему управления выпрямителем, датчик тока возбуждения синхронного электродвигателя и датчики тока и напряжения статора синхронного электродвигателя, отличающееся тем, что силовой блок дополнительно содержит блок безударного пуска, состоящий из шунтирующего сопротивления, соединенного последовательно с силовым тиристором, параллельно которому подсоединен силовой диод, и схемы управления тиристором, состоящей из последовательно соединенных диода, супрессора и сопротивления, а выпрямитель силового блока выполнен по сдвоенной трехфазной нулевой управляемой схеме, причем блок безударного пуска включен параллельно с обмоткой возбуждения синхронного электродвигателя по отношению к выпрямителю система управления выпрямителем содержит блок управления, делитель напряжения, цифровой контроллер коэффициента мощности, потенциометр,синхронизирующий трансформатор и формирователь импульсов управления, причем формирователь импульсов управления подключен к блоку управления, синхронизирующий 41622008.02.28 трансформатор подключен к формирователю импульсов, а блок управления имеет обратную связь по напряжению и току выпрямителя датчик тока возбуждения включен в цепь обмотки возбуждения синхронного электродвигателя и подключен к блоку управления, к которому также подключены потенциометр и делитель напряжения, цифровой контроллер коэффициента мощности, к которому подключены датчики тока и напряжения статора синхронного электродвигателя, подключен к делителю напряжения. Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для управления синхронным приводным электродвигателем шагающего экскаватора, используемого в горнодобывающей промышленности, а именно для регулирования тока возбуждения синхронного приводного электродвигателя в зависимости от режима работы экскаватора. Большое значение при эксплуатации шагающих экскаваторов, особенно в горнодобывающей промышленности, имеют вопросы снижения энергопотребления. Одним из способов снижения энергопотребления шагающим экскаватором является регулировка реактивного тока синхронного приводного электродвигателя в зависимости от нагрузки экскаватора (работа с тяжелым или мягким грунтом, простой экскаватора, когда он не работает и ждет транспорта для отгрузки). Необходимо поддерживать коэффициент мощности синхронного электродвигателя равным заданному значению (1). Такой алгоритм работы позволяет работать синхронному приводному электродвигателю с наибольшим КПД независимо от режима работы экскаватора. При значительном потреблении реактивного тока трансформатором собственных нужд синхронный электродвигатель позволяет частично его компенсировать, тем самым разгрузить питающую сеть и снизить потери электроэнергии и напряжения в ней. Данный режим работы является наиболее выгодным с точки зрения энергопотребления, так как синхронный электродвигатель потребляет минимально необходимую мощность из питающей сети для нормальной работы экскаватора и в случае необходимости может частично разгрузить питающую сеть от индуктивных токов. Известно устройство для возбуждения синхронного двигателя 1, в котором для управления током возбуждения синхронного двигателя используют три контура регулирования, построенные по принципу подчиненного регулирования. Контур регулирования напряжения статора вырабатывает уставку для контура регулирования реактивного тока статора, выходной сигнал которого в сумме с постоянным сигналом задатчика служит уставкой для регулятора тока возбуждения. Сигнал с регулятора напряжения до подачи на регулятор реактивного тока перемножается на сигнал, пропорциональный интегралу отклонения полного тока статора от номинального значения. Если отклонение напряжения статора находится в зоне нечувствительности или значение указанного интеграла равно нулю, то регулятор реактивного тока поддерживает последний на нулевом уровне. Если же напряжение статора выходит за пределы зоны нечувствительности и значение интеграла не равно нулю, то реактивный ток начинает изменяться, отрабатывая отклонение напряжения статора. Способ управления током возбуждения синхронного электродвигателя, используемый в данном устройстве, является косвенным и не может обеспечить достаточно устойчивой работы синхронного двигателя и эффективного снижения энергопотребления. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для осуществления способа управления током возбуждения синхронного электродвигателя 2, содержащее силовой 2 41622008.02.28 блок, состоящий из питающего трансформатора и выпрямителя, систему управления выпрямителем, датчик тока возбуждения синхронного электродвигателя и датчики тока и напряжения статора синхронного электродвигателя. Данное устройство осуществляет управление током возбуждения синхронного электродвигателя во время его работы, но не осуществляет запуска синхронного электродвигателя, что исключает возможность управления синхронным электродвигателем экскаватора в зависимости от нагрузки (работа, простой). Задача заключается в создании устройства управления синхронным приводным электродвигателем, обеспечивающего регулирование тока возбуждения синхронного приводного электродвигателя в зависимости от режима работы экскаватора с целью поддержания коэффициента мощности синхронного электродвигателя близким к единице, что обеспечивает значительное снижение энергопотребления. Кроме того, устройство должно потреблять минимальное количество электроэнергии, быть простым в обслуживании и эксплуатации. Поставленная задача решается в предлагаемом устройстве управления синхронным электродвигателем, содержащем силовой блок, состоящий из питающего трансформатора и выпрямителя, систему управления выпрямителем, датчик тока возбуждения синхронного электродвигателя и датчики тока и напряжения статора синхронного электродвигателя,причем силовой блок дополнительно содержит блок безударного пуска, состоящий из шунтирующего сопротивления, соединенного последовательно с силовым тиристором, параллельно которому подсоединен силовой диод, и схемы управления тиристором, состоящей из последовательно соединенных диода, супрессора и сопротивления. Выпрямитель силового блока выполнен по сдвоенной трехфазной нулевой управляемой схеме, причем блок безударного пуска включен параллельно с обмоткой возбуждения синхронного электродвигателя по отношению к выпрямителю. Система управления выпрямителем содержит блок управления, делитель напряжения, цифровой контроллер коэффициента мощности,потенциометр, синхронизирующий трансформатор и формирователь импульсов управления, причем формирователь импульсов управления подключен к блоку управления, синхронизирующий трансформатор подключен к формирователю импульсов, а блок управления имеет обратную связь по напряжению и току выпрямителя. Датчик тока возбуждения включен в цепь обмотки возбуждения синхронного электродвигателя и подключен к блоку управления, к которому также подключены потенциометр и делитель напряжения. Цифровой контроллер коэффициента мощности, к которому подключены датчики тока и напряжения синхронного электродвигателя, подключен к делителю напряжения. В предлагаемом устройстве осуществляется регулирование тока возбуждения синхронного электродвигателя либо вручную при помощи потенциометра с непосредственным контролем тока статора синхронного электродвигателя по амперметру, либо в автоматическом режиме с помощью цифрового контроллера коэффициента мощности, который по датчику тока и напряжения статора синхронного электродвигателя вычисляет необходимую величину тока возбуждения синхронного электродвигателя для поддержания заданного коэффициента мощности. Выбранная силовая схема системы позволяет регулировать ток возбуждения в широких пределах с низким коэффициентом пульсации тока и высоким КПД. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство управления синхронным электродвигателем содержит силовой блок, состоящий из питающего трансформатора 1 и выпрямителя 2. Силовой блок дополнительно содержит блок 3 безударного пуска, состоящий из шунтирующего сопротивления 4, соединенного последовательно с силовым тиристором 5, параллельно которому подсоединен силовой диод 6, и схемы управления тиристором, состоящей из последовательно соединенных диода 7, супрессора 8 и сопротивления 9. Выпрямитель силового блока выполнен по сдвоенной трехфазной нулевой полностью управляемой схеме, причем блок 3 3 41622008.02.28 безударного пуска включен параллельно с обмоткой 10 возбуждения синхронного электродвигателя по отношению к выпрямителю. Устройство снабжено системой управления,которая содержит блок 11 управления, делитель 12 напряжения, цифровой контроллер 13 коэффициента мощности, потенциометр 14, синхронизирующий трансформатор15 и формирователь 16 импульсов управления. Формирователь 16 импульсов управления подключен к блоку 11 управления, синхронизирующий трансформатор 15 подключен к формирователю 16 импульсов, а блок 11 управления имеет обратную связь по напряжению и току выпрямителя. Устройство имеет датчик 17 тока возбуждения синхронного электродвигателя и датчики 18 и 19 тока и напряжения синхронного электродвигателя соответственно. Датчик тока возбуждения включен в цепь обмотки 10 возбуждения синхронного электродвигателя и подключен к блоку 11 управления, к которому также подключены потенциометр 14 и делитель 12 напряжения, цифровой контроллер 13 коэффициента мощности, к которому подключены датчики 18 и 19 тока и напряжения синхронного электродвигателя соответственно, подключен к делителю напряжения. Устройство работает следующим образом. Устройство может работать как в автоматическом, так и в ручном режиме работы. В автоматическом режиме работы величина тока возбуждения синхронного электродвигателя задается контроллером 13 коэффициента мощности, который своими контактами шунтирует уставочные сопротивления делителя 12 напряжения, тем самым задает величину тока возбуждения блоку 11 управления. Входными для контроллера 13 коэффициента мощности являются сигналы обратной связи по току и напряжению статора 20 синхронного электродвигателя, поступающие от датчиков 18 и 19 тока и напряжения соответственно. На основании входных сигналов контроллер 13 вычисляет необходимую величину тока возбуждения синхронного электродвигателя. Наиболее оптимальным с точки зрения энергосбережения является режим работы с коэффициентом мощности, равным 1. В ручном режиме работы величина тока возбуждения синхронного электродвигателя задается вручную с помощью потенциометра 14 с непосредственным контролем тока возбуждения по амперметру 21. В момент простоя экскаватора величина тока возбуждения синхронного электродвигателя определяется по амперметру 22, измеряющему ток статора 20 синхронного электродвигателя ток возбуждения снижается до достижения минимальной величины тока статора, что соответствует коэффициенту мощности, близкому к 1. Выпрямитель 2 представляет собой сдвоенную трехфазную нулевую полностью управляемую схему выпрямления с питанием от вторичных обмоток трансформатора 1. Управление тиристорами выпрямителя 2 осуществляется формирователем 16 импульсов управления в зависимости от требуемой величины напряжения возбуждения, которая определяется блоком 11 управления. Входными сигналами для блока 11 управления являются напряжение задания тока возбуждения синхронного электродвигателя (либо потенциометром 14 в ручном режиме работы, либо делителем 12 напряжения в автоматическом режиме) и сигналы обратной связи по току и напряжению обмотки 10 возбуждения синхронного электродвигателя. Обратные связи по току и напряжению необходимы для поддержания тока возбуждения синхронного электродвигателя на заданном уровне независимо от отклонения напряжения питания трансформатора 1 (просадки напряжения питающей сети). Синхронизирующий трансформатор 15 необходим для питания блока 11 управления и формирователя 16 импульсов управления, также он выполняет функцию синхронизации блока 11 управления с питающей сетью. Блок 3 безударного пуска выполняет функцию защиты обмотки возбуждения синхронного электродвигателя от перенапряжения во время асинхронного запуска. При асинхронном запуске синхронного электродвигателя в обмотке 10 возбуждения наводится переменная ЭДС, величина которой значительно выше допустимого напряжения на обмотке 4 41622008.02.28 возбуждения синхронного электродвигателя. Последствием прямого воздействия данной ЭДС на обмотку 10 возбуждения синхронного электродвигателя может быть пробой изоляции обмотки. Во избежание данного недопустимого состояния во время асинхронного запуска обмотка 10 шунтируется сопротивлением 4 через силовой диод 6 во время отрицательного полупериода ЭДС и через силовой тиристор 5 во время положительного полупериода ЭДС (за положительное выбрано направление, совпадающее с направлением тока возбуждения синхронного электродвигателя). Для того, чтобы тиристор не открывался во время подачи напряжения возбуждения, на обмотку 10 возбуждения синхронного электродвигателя в цепь управления силового тиристора 5 включен нелинейный полупроводниковый элемент - супрессор 8, который переходит в открытое состояние при подаче на него напряжения определенной величины. Супрессор 8 выбирается с напряжением открывания большим, чем напряжение возбуждения синхронного электродвигателя, тем самым исключается ложное срабатывание тиристора при подаче напряжения возбуждения. Устройство по изобретению позволяет регулировать ток возбуждения синхронного электродвигателя в широких пределах, что необходимо для поддержания коэффициента мощности равным 1 во всех режимах работы экскаватора. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5