Способ пуска асинхронного электродвигателя

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам пуска асинхронных электродвигателей. Технический результат изобретения, заключающийся в повышении качества пусковых характеристик АД, достигается путем того, что в способе пуска асинхронного двигателя, включающем подачу напряжения на статорные обмотки электродвигателя, отключение от питающей сети, первоначально на статорные обмотки электродвигателя подают напряжение с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети, а затем последовательно во времени, через определенный промежуток времени от начала подачи напряжения, π/3 эл.град., при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с электродвигатель отключают от питающей сети и переводят в режим динамического торможения на такое же время, равное π/3 эл.град., при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с, после чего на обмотки статора вновь подают напряжение с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при осуществлении запуска электроприводов скребковых, ленточных конвейеров и других машин с электроприводами на базе асинхронных электродвигателей.

Общеизвестен способ прямого пуска асинхронного электродвигателя, согласно которому на обмотки статора подается полное напряжение питающей сети (Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. - М.: Высш.шк., 2001. - 327 с.).

Его недостатком является появление во время пуска значительных по величине пульсаций электромагнитного момента и токов электродвигателя, приводящих к возникновению динамических усилий в элементах конструкции самого электродвигателя, а также в механических передаточных устройствах электроприводов.

Также известен способ пуска асинхронных электродвигателей, включающий использование в цепи питающего напряжения полупроводниковых регуляторов напряжения, выполненных, как правило, на основе силовых полупроводниковых ключей (тиристоров, транзисторов и т.д.). Подавая управляющий сигнал на силовой полупроводниковый ключ, подают питающее напряжение на статорные обмотки асинхронного электродвигателя. Прекращая подачу управляющего сигнала либо подачей другого сигнала (в зависимости от конструкции силового полупроводникового ключа) прекращают подачу напряжения на статорные обмотки асинхронного электродвигателя. Изменяя промежуток закрытого и открытого состояния ключа, добиваются плавного изменения действующего значения напряжения (Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учеб. для вузов. - СПб.: Энергоатомиздат, 2000. - 496 с.).

К недостаткам этого способа относятся изменение гармонического состава питающего напряжения из-за коммутаций силовых полупроводниковых ключей и возникновение перенапряжений, обусловленных также коммутациями силовых полупроводниковых ключей.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ пуска асинхронного электродвигателя (А.с. СССР 221117, МПК Н 02 Р 01/26, Н 02 Р 13/30. Опубл. 01.07.68, БИ 21), согласно которому обмотки статора подключаются к питающей сети неодновременно. Сначала происходит подключение двигателя к двум фазам, а затем точно через (nπ+90) эл.град. - к третьей фазе.

К его недостаткам относится возникновение в процессе пуска несимметричной нагрузки сети, вызванной неодновременным подключением фаз питающего напряжения к обмоткам статора электродвигателя.

Целью изобретения является снижение пульсаций электромагнитного момента и токов электродвигателя при его пуске.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом способе первоначально на статорные обмотки электродвигателя подают напряжение с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети, а затем последовательно во времени, через определенный промежуток времени от начала подачи напряжения, равный π/3 эл.град. (при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с), электродвигатель отключают от питающей сети и переводят в режим динамического торможения на такое же время, π/3 эл.град. (при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с), после чего на обмотки статора вновь подают напряжение с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан пуск прямым включением в сеть; на фиг.2 показан процесс пуска с помощью полупроводникового регулятора напряжения; на фиг.3 показаны графики мгновенных напряжения и тока в одной фазе при пуске асинхронного электродвигателя с помощью полупроводникового регулятора напряжения; на фиг.4 показан процесс пуска асинхронного электродвигателя с помощью заявляемого способа.

Конструкции асинхронных электродвигателей проектируют таким образом, чтобы обеспечить достаточный пусковой момент и максимально снизить при этом значение пускового тока. Для этого конструкции обмоток роторов асинхронных электродвигателей изготовляют специальной конфигурации (глубокопазный, двухклеточный). Несмотря на эти конструктивные разработки, пусковой ток остается довольно большим. Существенным недостатком также является значительная величина амплитуды периодической составляющей электромагнитного момента. На фиг.1. показаны диаграммы, характеризующие пуск асинхронного электродвигателя прямым включением в сеть. При использовании полупроводниковых регуляторов напряжения удается существенно снизить амплитуду периодической составляющей электромагнитного момента, фиг.2. Это позволяет в значительной степени уменьшить динамические нагрузки на механическое передаточное устройство, тем самым повышая надежность электропривода в целом. Однако работа полупроводниковых ключей вызывает изменение напряжения сети электроснабжения. На фиг.3 изображены мгновенные напряжение и ток в фазе А в процессе пуска асинхронного электродвигателя. Как видно из фиг.3, негативное воздействие на сеть электроснабжения продолжается практически в течение всего пуска (составляет примерно 0,3-0,5 с.). При пуске асинхронного электродвигателя методом неодновременного подключения фаз (фиг.4) качество переходного процесса можно считать удовлетворительным. Как и предыдущий способ пуска, метод неодновременного подключения негативно воздействует на сеть электроснабжения. Не симметричная нагрузка на сеть крайне нежелательна, а в некоторых случаях и вовсе недопустима. Управляющее воздействие на асинхронный электродвигатель и вызываемая им негативная ситуация в сети электроснабжения продолжаются 0,015 с.

На фиг.5. изображен процесс пуска асинхронного электродвигателя заявляемым способом.

Чтобы получить представление о процессе пуска электродвигателя, рассмотрим его как задачу управления состоянием асинхронного двигателя с целью обеспечения максимальной близости во время пуска динамической и статической механических характеристик.

Если воспользоваться хорошо известным описанием состояния асинхронного электродвигателя

по Ковач К., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 744 с. с теми же обозначениями и алгоритмом определения управляющего воздействия (амплитуды питающего напряжения U_s), определяемым принципом максимума Л.С. Понтрягина [Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. - М.: Наука, 1983. - 392 с.], то можно получить результат, приведенный на фиг.5, на примере электродвигателя типа BPП280L4. Результат характерен для решений, получаемых при помощи принципа максимума. Суть результата решения сводится к утверждению, что улучшение формы динамической характеристики пуска АД возможно осуществить путем изменения в определенной последовательности амплитуды питающего напряжения от нулевого значения до максимального. Причем нулевое значение амплитуды питающего напряжения означает работу электродвигателя в режиме динамического торможения.

Способ пуска асинхронного электродвигателя реализуют следующим образом: первоначально на статорные обмотки электродвигателя подают напряжение с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети, а затем последовательно во времени, через определенный промежуток времени от начала подачи напряжения, равный π/3 эл.град. (при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с), электродвигатель отключают от питающей сети и переводят в режим динамического торможения на такое же время, π/3 эл.град. (при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с), после чего на обмотки статора вновь подают напряжение с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети.

Заявляемый способ пуска асинхронного двигателя позволяет:

- улучшить эксплуатационные характеристики электродвигателя и электропривода в целом;

- повысить КПД электродвигателя;

- повысить надежность электродвигателя;

- уменьшить динамические нагрузки на механическое передаточное устройство.

Формула изобретения

Способ пуска асинхронного электродвигателя, включающий подачу напряжения на статорные обмотки электродвигателя, отключение от питающей сети, отличающийся тем, что первоначально на статорные обмотки электродвигателя подают напряжение с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети, а затем последовательно во времени, через определенный промежуток времени от начала подачи напряжения, π/3 эл.град., - при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с, - электродвигатель отключают от питающей сети и переводят в режим динамического торможения на такое же время, равное π/3 эл.град., - при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с, - после чего на обмотки статора вновь подают напряжение с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5