Разработана схема устройства плавного пуска асинхронного двигателя с программным управлением. Приведено описание работы основных блоков схемы устройства.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, программное управление, плавный пуск, тиристор.Асинхронные электродвигатели являются наиболее часто применяемыми устройст- вами для привода промышленных и сельскохозяйственных машин и механизмов. Это обусловлено их относительно низкой стоимостью, относительно высоким КПД, простотой конструкции и надежностью.
Основными проблемами, возникающими при эксплуатации таких двигателей, явля- ются невозможность согласования создаваемого ими момента с моментом нагрузки как во время пуска, так и во время работы, а также высокий пусковой ток [1, 2]. Во время пуска крутящий момент обычно достигает 150-200%, он ускоряет нагрузку до достижения полной скорости вращения за доли секунды, что может привести к выходу из строя кинематической цепи привода. В то же самое время стартовый ток может быть в 8-10 раз больше номинального, порождая проблемы со стабильностью питания и повышенным износом электрической части оборудования. Решить указанные проблемы позволяет устройство плавного пуска (УПП). Блок-схема предлагаемого нами УПП представлена на рисунке 1.
Поскольку асинхронный двигатель представляет собой активно-индуктивную на- грузку, то синхронизация по переходу напряжения через ноль неприменима. В устройстве реализован асинхронный способ синхронизации. Схема синхронизации определяет угол проводимости λ тиристора (рис. 2). После окончания угла проводимости, как следствие прохождения тока через ноль, ток через тиристор становится меньше тока удержания. Тиристор запирается, и формируется синхронизирующий импульс для CPU и дальнейшего отсчета угла α задержки включения тиристоров [3].
Формирователь импульсов создает импульс тока с амплитудой, достаточной для отпирания тиристора при минимально ожидаемой рабочей температуре. Формирователь имеет гальваническое разделение цепей управления и силовых цепей тиристорного преобразователя напряжения (ТПН) с помощью импульсного трансформатора. При крутизне переднего фронта 0,5-2 А/мкс формирователь обеспечивает надежное включение тиристора в заданный момент времени и не вносит погрешности в значение угла α. Пачки импульсов для управления ТПН формирует CPU. Длительность каждого импульса в пачке должна быть больше, чем время отпирания тиристора. Для получения непрерывного синусоидального тока длительность пачки импульсов должна быть не менее разности φ-α, где φ – разность фаз между напряжением и током. В противном случае открывающий импульс закончится раньше, чем прекратится ток в параллельном вентиле. Тиристор открыться не сможет, произойдет пропуск импульса
Разность углов открывания тиристоров в положительный и отрицательный полупе- риоды (+α ; -α) приводит к появлению постоянной составляющей тока. Требование обес- печения минимальной асимметрии углов α включения тиристоров по фазам ТПН особен- но важно в асинхронном электродвигателе, поскольку несимметрия трехфазной системы синусоидальных питающих напряжений в 2-3,5% приводит к увеличению потерь в двигателе на 20-30%. Асимметрия углов α оказывает более сложное воздействие на двигатель, чем асимметрия трехфазной системы питающих напряжений. Наиболее ощутимо действие асимметрии проявляется в области углов α, прилежащей к 90°. Для обеспечения равенства углов α CPU задает значение угла открывания в текущем нечетном полупериоде таким же, как и в предыдущем четном. В результате напряжение на нагрузке увеличивается симметрично, линейно достигая номинального значения.
Управление пуском двигателя осуществляется по заданной программе. Программу можно ввести непосредственно с клавиатуры устройства. Возможны две ступени разгона (рис. 3).
На первом участке изменение напряжения U1 лежит в пределах от 40 до 80% от номинального, время разгона t1. Полное время разгона T составляет от 5 до 20 секунд. Начальное напряжение на втором участке U2% и время t2 = T-t1 вычисляет CPU. Двухступенчатое изменение напряжения при пуске позволяет добиться оптимальной разгонной характеристики. Это особенно важно для нагрузок с высоким моментом трогания и большой инерционной массой, а также для нагрузок с вентиляторной характеристикой. После достижения 100% номинального напряжения CPU включает байпасс (обход), и управление тиристорами отключается.
Силовой модуль собран по традиционной схеме встречно параллельно включенных тиристоров. Основные комплектующие УПП:
- ФИ – малогабаритный импульсный трансформатор МИТ-4В с усилителем накачки тока на транзисторе КТ3130;
- УС – диодный мост S80, гальваническая развязка на оптронах 6N139;
- CPU – восьмиразрядный микроконтроллер C8051F018, алфавитно-цифровой ЖК модуль на 16 символов и 2 строки АС162А с контроллером HD44780;
- клавиатура пленочная с тактильным эффектом (матрица 3x3);
- тиристоры 70TPS12 с защитой от перенапряжений варисторами FNR-10K112;
- байпасс-реле ELESTA SGR 230G.
Выводы
1. Разработано и реализовано устройство плавного пуска с возможностью программного управления режимом разгона двигателя.
2. Обеспечено равенство углов открывания тиристоров в четный и нечетный полупериоды с синхронизацией по переходу тока через ноль.
3. Предусмотрено двухступенчатое изменение напряжения, что позволяет получить оптимальную разгонную характеристику
Список использованной литературы
1. Евзеров И.X. Комплектные тиристорные электроприводы : справочник / И.Х. Евзеров, А.С. Горобец, Б.И. Мошковец; под
ред. В.М. Перельмутера. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 318 с.
2. Токарев Б.Ф. Электрические машины: учебник для вузов / Б.Ф. Токарев. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 312 с
3. Петров Л.П. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода / Л.П. Петров, О.А. Андрющенко, В.И. Капинос. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 200 с