устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя

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.

Описание изобретения к патенту

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.