Патент на изобретение №2334338

(54) УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводе с широким диапазоном изменения скорости вращения двигателя по управляющему сигналу, например в технологическом оборудовании. Техническим результатом является достижение устойчивой работы привода при спадах напряжения ниже 15-20%, пропаданию фазы или отключению сетевого питания. Устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя состоит из двух и более выпрямителей, соединенных параллельно двумя шинами между собой и клеммами накопительной емкости или аккумуляторной батареи, образующими контур постоянного тока, к которому подключен инвертор 3, связанный цепью управления с микроконтроллером, подключенным к контуру постоянного тока, имеющему обратную связь с управляемыми электродвигателями и линейным переключателем, установленным на входных независимых питающих линиях. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу с широким диапазоном изменения скорости вращения двигателя по управляющему сигналу, например в технологическом оборудовании.

Известно в устройствах регулирования скорости вращения асинхронного электродвигателя наиболее широко используются полупроводниковые преобразователи частоты, позволяющие менять частоту подводимого напряжения. В простейшем случае частотного регулирования управление скоростью вращения осуществляется путем изменения частоты и амплитуды напряжения источника питания, как в сторону снижения скорости, так и в сторону увеличения скорости выше номинальной.

Из известно существующих двух типов преобразователей частоты с непосредственной связью и с промежуточным контуром постоянного тока, в первом случае выходное напряжение – синусоидальной формы – формируется из участков синусоид преобразуемого входного напряжения. При этом максимальное значение выходной частоты принципиально не может быть равным частоте питающей сети. Частота на выходе преобразователя этого типа обычно лежит в диапазоне от 0 до 0,7 частоты питающей сети.

Во-втором случае, получившем наибольшее распространение, используются преобразователи частоты с промежуточным контуром постоянного тока, выполненные на базе инверторов напряжения. В контуре постоянного тока переменное напряжение сети преобразуется с помощью диодного выпрямителя, сглаживается индуктивно-емкостным фильтром, а затем инвертором в выходном каскаде, соединенном с контуром постоянного тока, осуществляется обратное преобразование из постоянного тока в переменный, обеспечивая формирование выходного сигнала с необходимыми значениями напряжения и частоты, задаваемых системой управления, имеющей обратную связь с электродвигателем. / Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1992. стр.68-67/.

Недостатком известных устройств регулирования частоты вращения электродвигателя является чувствительность их к спадам напряжения ниже 15-20%, пропаданию фазы или отключению сетевого питания, что ведет к снижению надежности электропривода.

При этом происходит нарушение параметров технологического процесса, останов электродвигателя и, как следствие этого, создается аварийная ситуация. Известные на сегодняшний день системы автоматического включения резерва /АВР/ ввиду наличия в промышленных сетях большого количества потребителей с индуктивной нагрузкой срабатывают с задержкой времени от 1,5 до 0,55 с / Князевский Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: Высшая школа, 1979, с.138-139/.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Полупроводниковый преобразователь» бурового агрегата с частотно-управляемыми электроприводами», получающими электропитание как от стационарной промышленной сети, так и от автономной дизель-генераторной установки /патент Российской Федерации № 2094938, кл. Н02М 7/521, Н02М 5/27, 1997.10.27/, состоящий из линий питания, выпрямительных устройств и инвенторов.

Основным недостатком такого преобразователя является повышенная установленная мощность выпрямителей, обеспечивающих питание контура постоянного тока от независимых силовых вводов и невозможность обеспечения бесперебойного питания в случае спада или пропадания питания на силовых питающих линиях, что ведет к снижению надежности электропривода.

Решаемой задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности электропривода технологического оборудования путем увеличения резервирования систем питания при сохранении номинальной мощности преобразователя.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя введены управляющий микроконтроллер, линейный переключатель и накопитель энергии, выполненный в виде конденсаторной или аккумуляторной батареи, соединенной с контуром постоянного тока, причем контур постоянного тока состоит из двух и более выпрямительных устройств, выходы которых соединены параллельно между собой шинами, образуя контур постоянного тока, к которому подключен инвертор, связанный цепью управления с микроконтроллером, подключенным к контуру постоянного тока и имеющего обратную связь с управляемым электродвигателем и линейным переключателем, который установлен на входных питающих линиях, причем каждый выпрямитель соединен со своей независимой линией питания.

Изобретение поясняется чертежами.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя для подключения к двум независимым силовым питающим линиям, где 1 – выпрямитель линии Л1; 2 – контур постоянного тока; 3 – инвертор; 4 – микроконтроллер; 5 – выпрямитель линии Л2; 6 – батарея конденсаторов; 7 – линейный переключатель.

Устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя состоит из выпрямителей 1, 5, соединенных параллельно двумя шинами между собой и клеммам и накопительной емкости или аккумуляторной батареи 6, образующими контур постоянного тока 2, к которому подключен инвертор 3, связанный цепью управления с микроконтроллером 4, подключенным к контуру постоянного тока, имеющим обратную связь с управляемыми электродвигателями М1, М2 и линейным переключателем 7, установленным на входных питающих линиях Л1 и Л2.

Работает устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя следующим образом.

Питающее напряжение, подаваемое по питающим линиям Л1 и Л2, выпрямляется в выпрямителях 1, 5, поступает на шины контура постоянного тока 2 и соединенные с ним входные шины инвертора 3, преобразующего постоянный ток по управляющему сигналу микроконтроллера 4 в переменное напряжение требуемой амплитуды и частоты для питания основного M1 или резервного М2 электродвигателя. При кратковременных спадах напряжения по одной из питающих линий дефицит энергопитания восполняется за счет емкостного или аккумуляторного накопителя энергии. В случае пропадания напряжения на одной из питающих линий (фидерных) линейный переключатель 7 переключает обесточенный выпрямитель на действующую линию, при этом дефицит энергопитания этого переходного периода восполняется также из накопительной емкости 6. Если будут обесточены все питающие линии и при снижении емкости накопителя 6 ниже 0,9 от номинала, микроконтроллер производит безаварийный останов электродвигателя и устанавливается в режим ожидания для перезапуска в случае возобновления питания.

Многолинейный вход питания с возможностью коммутации на любую из действующих линий повышает надежность электропитания на величину, кратную количеству подключенных независимых линий.

По сравнению с известными аналогами предлагаемое устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя позволяет обеспечить непрерывность технологического процесса при кратковременных спадах и пропадании напряжения по нескольким питающим линиям и исключить аварийные ситуации при полном пропадании напряжения на всех питающих линиях.

Например, в технологической линии производства полистерола электропривод экструдера мощностью 60 кВт при 35% спадах питающего напряжения длительностью 0,2 с не обеспечивает требуемого давления в фильере, из которой выдавливаются одновременно 125 пластичных нитей, которые, провисая, слипаются и приводят к значительному браку и длительной остановке технологической линии со всеми издержками ее повторного запуска.

Установка предлагаемого устройства для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя с двумя выпрямительными устройствами по 30 кВт, подключенными к двум независимым питающим линиям через линейный переключатель и с использованием накопителя энергии в виде конденсаторной батареи емкостью 0,4 Ф, полностью решило проблемы стабильности технологического процесса вне зависимости от качества энергопитания.

Формула изобретения

Устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя, включающее выпрямитель, контур постоянного тока, линии питания и инвертор, отличающееся тем, что в него введены управляющий микроконтроллер, линейный переключатель и накопитель энергии, выполненный в виде конденсаторной или аккумуляторной батареи, соединенной с контуром постоянного тока, причем контур постоянного тока состоит из двух и более выпрямительных устройств, выходы которых соединены параллельно между собой шинами, образуя контур постоянного тока, к которому подключен инвертор, связанный цепью управления с микроконтроллером, подключенным к контуру постоянного тока и имеющим обратную связь с управляемым электродвигателем и линейным переключателем, который установлен на входных питающих линиях, причем каждый выпрямитель соединен со своей независимой линией питания.

РИСУНКИ