устройство для питания вентильно-индукторного электродвигателя

Формула изобретения

1. Устройство для питания вентильно-индукторного электродвигателя с многофазной независимой обмоткой статора, разделенной на независимые каналы, датчиком положения ротора, преобразователями частоты, отличающееся тем, что дополнительно содержит автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) с двумя взаиморезервированными контроллерами, соединенными между собой в единую сеть, модулями сбора информации, соединенными с контроллерами промышленной сетью, и персональными компьютерами, осуществляющие управление приводом, сбор и архивирование параметров работы электропривода; также силовые щиты с коммутационной и защитной аппаратурой, подключенные независимыми выходами к соответствующим входам преобразователей частоты, каждый из которых имеет выходы для питания независимой обмотки возбуждения электродвигателя, а также информационные входы, на которые, в свою очередь, через блок транслятора сигналов, поступают сигналы от датчика положения ротора, датчиков температуры, встроенных в электродвигатель и сигналы АСУ ТП, при этом все преобразователи связаны между собой промышленной сетью CAN (Controller area network), а контроллеры преобразователей частоты, контроллеры АСУ ТП и модули сбора информации запитаны от источника бесперебойного питания (ИБП).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что питание осуществляется от нескольких независимых вводов питания в количестве: два, четыре или шесть, в зависимости от мощности и конфигурации электропривода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что питание осуществляется от двух независимых вводов питания.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что питание осуществляется от четырех независимых вводов питания.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике и служит для преобразования формы, амплитуды и частоты переменного напряжения с промежуточным преобразованием в постоянное напряжение либо преобразования постоянного напряжения в переменное произвольной формы с регулируемыми амплитудой и частотой. Предложение может быть использовано в регулируемых электроприводах, применяемых в различных областях промышленности.

Уровень техники

Известен способ преобразования напряжения, заключающийся в выпрямлении переменного напряжения низкой частоты, его фильтрации, преобразовании в переменное напряжение высокой частоты, трансформации, выпрямлении переменного напряжения высокой частоты и его фильтрации, отличается наличием модуляции переменного напряжения высокой частоты, например широтно-импульсной или амплитудной, в соответствии с сигналом требуемой формы, а также наличием выпрямления напряжения высокой частоты с управляемой синхронно с модулирующим сигналом полярностью выпрямленного напряжения (пат. RU 2172055, МПК ⁶ Н02К 05/16, опублик. 2001.08.10). Технический результат - возможность получения на выходе напряжения произвольной формы.

Известно устройство для регулирования трехфазного напряжения, обеспечивающее четыре дополнительных режима работы трехфазного вольтодобавочного трансформатора, путем введения четырех дополнительных уровней регулируемого напряжения, расположенных между уровнями регулируемого напряжения, созданными симметричными режимами трехфазного вольтодобавочного трансформатора тока и трехфазного автотрансформатора. Переключение разных обмоток трехфазного вольтодобавочного трансформатора осуществляют с шестикратной частотой сети (пат. RU 2236078, МПК⁶ Н02К 05/12, опублик. 2002.02.27).

Техническим результатом является улучшение качества выходного напряжения и повышение быстродействия без дополнительных потерь.

Известно устройство для управления бесколлекторным электродвигателем, обеспечивающее подачу питания от преобразователя мощности, состоящего из конвертора и инвертора, соединенных через дроссель постоянного тока, зашунтированный тиристором (пат. Японии 34913, МПК⁶ Н02Р 06/02, опублик. 1993.05.03). Однообмоточный сглаживающий дроссель, применяемый в известном устройстве, может быть применен только в системах малой мощности и при использовании стационарных двигателей.

Известно устройство для регулирования частоты напряжения питания электродвигателей переменного тока, состоящее из преобразователя частоты, содержащего два звена постоянного тока, входы которых соответственно подключены через выключатель к основному источнику питания и к резервному источнику питания, а выходы объединены и через L-C-фильтр подключены к входам автономного инвертора напряжения, выходы которого подключены к входам двигателя переменного тока (пат. RU 32333, МПК⁷, Н02К 5/00, опублик. 2003.09.10).

Техническим результатом является бесперебойность питания инвертора напряжения и, как следствие, непрерывность работы двигателя переменного тока.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство электропривода, включающее вентильный электродвигатель с многофазной независимой обмоткой статора, разделенной на независимые каналы, датчик положения ротора, автономный инвертор тока со сглаживающим дросселем (пат. RU 2116897, МПК⁶ Н02К 29/06, опублик. 10.08.1998 г.). В известном устройстве информация о значении токов используется для определения углов коммутации в любом режиме работы электродвигателя.

Недостатком известного устройства электропривода является использование удвоенного числа транзисторов, приходящихся на фазу и сложность системы управления коммутацией, недостаточная для непрерывных процессов надежность работы электропривода в условиях перегрузки сети или аварийного отключения питания.

Сущность изобретения

Решаемой технической задачей является обеспечение бесперебойности питания и соответственно работы электродвигателя, расширение области его применения в части использования в схемах подключения сетевых насосов, приточных или вытяжных вентиляторов тепловых и электрических станций, электроприводов насосов, установленных в системе водоканала населенного пункта или промышленного центра для подачи питьевой воды или откачки сточных вод.

Поставленная техническая задача решается тем, что в известном устройстве питания вентильно-индукторного электродвигателя с многофазной независимой обмоткой статора, разделенной на независимые каналы, датчиков положения ротора, преобразователя частоты и блока управления согласно предложению дополнительно используют автоматическую систему управления технологическим процессом (АСУ ТП), два взаиморезервированных контроллера, соединенных между собой в единую сеть, периферийные модули ввода-вывода сигналов с различных периферийных устройств, соединенных с контроллерами промышленной сетью, устройств распределения силового питания с независимыми вводами, коммутационной и защитной аппаратурой, расположенной в силовом щите, преобразователи частоты, входы которых соединены с независимыми между собой выводами устройств распределения силового питания, устройства распределения питания и защиты в силовом щите, подключенные независимыми вводами к соответствующим выводам преобразователей частоты, каждый из которых имеет выходы для питания независимой обмотки возбуждения электродвигателя, а также информационные входы, на которые, в свою очередь, через блок транслятора сигналов поступают сигналы от датчика положения ротора, датчиков температуры, встроенных в электродвигатель и сигналы АСУ ТП, при этом все преобразователи связаны между собой промышленной сетью CAN (Controller area network), а контроллеры преобразователей, контроллеры АСУ ТП и модули ввода-вывода запитаны от источника бесперебойного питания (ИБП).

Такие приемы регулирования трехфазного напряжения питания электропривода, как независимость и запас по мощности преобразователей частоты, специальные алгоритмы управления многосекционным вентильно-индукторным электродвигателем при перерывах в электропитании, резервированность контроллеров АСУ ТП, применение ИБП (источника бесперебойного питания) для питания системы управления, позволяют повысить надежность электропривода и расширить область его применения за счет возможности использования в ответственных производствах с требованиями по непрерывности технологического процесса.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления предложения

Возможность осуществления предложения иллюстрируется электрическими схемами и примером описания вариантов конструкции устройства для питания вентильно-индукторного электродвигателя.

Фиг.1. Схема регулирования трехфазного напряжения питания четырехсекционного вентильно-индукторного электродвигателя с двумя вводами питания:

1 - вводы электропитания;

2 - силовые щиты с коммутационной и защитной аппаратурой;

3 - преобразователи частоты;

4 - вентильно-индукторный электродвигатель;

5 - сетевой насос;

6 - АСУ ТП;

7 - контроллеры АСУ ТП;

8 - модули сбора информации;

9 - блок транслятор сигналов;

10 - компьютеры верхнего уровня АСУ ТП;

11 - сеть CAN;

12 - сеть DeviceNet;

13 - сеть Ethernet;

14 - сетьК8-485;

15 - сеть промышленных контроллеров.

Фиг.2. Схема регулирования трехфазного напряжения питания четырехсекционного вентильно-индукторного электродвигателя с четырьмя вводами питания:

1 - вводы электропитания;

2 - силовые щиты с коммутационной и защитной аппаратурой;

3 - преобразователи частоты;

4 - вентильно-индукторный электродвигатель;

5 - сетевой насос;

6 - АСУ ТП;

7 - контроллеры АСУ ТП;

8 - модули сбора информации;

9 - блок транслятор сигналов;

10 - компьютеры верхнего уровня АСУ ТП;

11 - сеть CAN;

12 - сеть DeviceNet;

13 - сеть Ethernet;

14 - сеть К8-485;

15 - сеть промышленных контроллеров.

Регулирование трехфазного напряжения для питания и обеспечения оптимальной работы электропривода осуществляется следующим образом.

Переменное трехфазное напряжение с вводов питания 1 одновременно поступает на независимые входы устройства распределения сетевого питания (2). Происходит включение встроенной в устройство коммутационной и защитной аппаратуры, вследствие чего появляется напряжение на независимых выходах этого устройства, а соответственно и на входах преобразователей частоты (5). Получив питание, преобразователи частоты подают на свои соответствующие выходы напряжение для питания обмоток возбуждения электродвигателя (4), с выхода датчика положения ротора (не показан), пройдя через блок транслятор сигналов (Р), начинают поступать сигналы в систему управления каждого преобразователя по информационным входам, после подачи сигнала на запуск от системы АСУ ТП (7), подключенной по интерфейсу RS-485 (14), происходит срабатывание коммутационной аппаратуры в силовых щитах (2). Электропривод готов к работе. Все преобразователи частоты (3) соединены между собой промышленной сетью CAN (Controller area network), поэтому по команде пуск с пульта оператора любого преобразователя частоты или от контроллера АСУ ТП (7) формируется напряжение одновременно на силовых выводах каждого преобразователя частоты, которое поступает на независимые входы силового щита (2) и через встроенную коммутационную аппаратуру передается на независимые выходы, подключенные к статорным обмоткам (не показан) электродвигателя (4). Электродвигатель, получив питание, начинает вращаться. К промышленной сети подключена автоматизированная система управления технологическим процессом, состоящая из непосредственно шкафа АСУ ТП (6) с двумя взаиморезервированными контроллерами, модулей сбора информации (8) и персональных компьютеров (10), которые осуществляют управление приводом, сбор и архивирование параметров работы электропривода. В случае пропадания напряжения на одном из каналов сетевого питания происходит быстрое автоматическое переключение на другой канал. Во время этого переключения задается необходимый режим работы электропривода с кратковременным использованием заложенного резерва по мощности электродвигателя и преобразователей частоты, вследствие чего электропривод продолжает работать без остановки и потери мощности на валу. После переключения на второй ввод питания необходимость использования резерва по мощности исчезает и электропривод работает в номинальном режиме. При восстановлении напряжения на ранее отключившемся вводе питания происходит переключение обратно на него и электропривод возвращается в исходный режим работы, таким образом обеспечивается непрерывность работы электродвигателя и повышение его надежности. При восстановлении второго ввода происходит не только переключение на него, а совместная работа двух вводов одновременно.