УСТРОЙСТВО ГАРАНТИРОВАННОГО ПИТАНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ПРИВОДА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ОТВЕТСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ

Полезная модель относится к области электротехники. Технический результат - повышение надежности электроснабжения группы ответственных механизмов с преобразователями частоты со звеном постоянного тока и инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией, не допускающих остановок при кратковременных нарушениях электроснабжения (например, установок механической добычи нефти с электрическими центробежными насосами).
Известен преобразователь частоты, решающий задачу повышения устойчивости работы преобразователя частоты при кратковременных нарушениях в системе электроснабжения предприятия, состоящий из двух выпрямителей, входы которых подключены к разным источникам питающего напряжения, а выходы попарно объединены и подключены к входам фильтра, выходы которого соединены с входами инвертора напряжения, к выходам которого подключен электродвигатель (патент RU 32333 U1, МПК H02P 5/00, опубликованный 10.09.2003).
Недостатком известного преобразователя частоты является невозможность сохранения устойчивой работы электропривода при прерывании питания (даже кратковременном) обоих источников. Кроме того, указанное устройство вносит значительные помехи (высшие гармонические составляющие) в сеть обоих источников питания из-за бесконтрольного переключения питания с одного источника электроснабжения на другой при провалах и прерываниях напряжения.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является известный из уровня техники преобразователь частоты со звеном постоянного тока и инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией дополнительно снабженный двумя датчиками напряжения, диодом, суперконденсатором, зарядно-разрядным устройством, причем входы последнего присоединены к выходам второго выпрямителя, а выходы - к выводам суперконденсатора, плюсовой вывод суперконденсатора через диод соединен с плюсовым выводом емкостного фильтра, а минусовой - с минусовым выводом емкостного фильтра (патент RU 132275 U1, H02M 5/40, опубликованный 10.09.2013).
Недостатком известной полезной модели является невозможность сохранения устойчивой работы электропривода при длительном прерывании питания, поскольку как для заряда суперконденсатора, так и питания электродвигателя используется один источник электроснабжения. Кроме того, увеличение мощности электродвигателя и емкости накопителя ведет к значительному увеличению стоимостных и габаритных характеристик емкостного накопителя (суперконденсатора). Более того, для снижения чувствительности к кратковременным нарушениям электроснабжения группы электродвигателей требуется установка преобразователя частоты с накопителем на каждый электродвигатель.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является снижение габаритных и стоимостных показателей системы гарантированного питания за счет ограничения длительности питания от накопителя энергии и возможности масштабирования системы на группу электродвигателей.
Данная задача решается за счет того, что заявленное устройство гарантированного питания управляемого привода электродвигателей ответственных механизмов состоит из системы управления, источника резервного питания, содержащего выпрямитель с входным фильтром для снижения отрицательного влияния на питающую сеть, накопитель энергии (например блок ионисторов), датчик напряжения звеньев постоянного тока преобразователей частоты электродвигателей ответственных механизмов, датчик напряжения источников питания, шины постоянного тока для подключения через диод плюсового вывода звена постоянного тока преобразователей частоты электродвигателей ответственных механизмов, отличающееся тем, что содержит дополнительно второй подобный источник резервного питания, причем источником питания первого источника резервного питания (питающего первую группу электродвигателей) является второй источник электроснабжения, а источником питания второго источника резервного питания (питающего вторую группу электродвигателей) - первый источник электроснабжения, а плюсовой вывод звена постоянного тока преобразователя частоты первой группы электродвигателей подключен через диод к шине постоянного тока первого источника резервного питания, а второй группы электродвигателей - второго источника резервного питания, датчики напряжения снимают показания со звеньев постоянного тока преобразователей частоты и накопителя энергии, а их выход подключен к входу системы управления, первый датчик напряжения снимает показания напряжения первого источника электроснабжения, а второй - второго, их выходы подключены к входу блока управления, управляющие выходы системы управления подключены к входам выпрямителей резервного источника питания.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является снижение чувствительности группы ответственных механизмов с преобразователями частоты при кратковременных нарушениях электроснабжения при наименьших капитальных затратах и возможности применения на уже существующих объектах (например, установок механической добычи нефти с электрическими центробежными насосами).
Сущность полезной модели поясняется чертежом, представленным на фиг. 1, на котором изображена функциональная схема устройства гарантированного питания управляемого привода ответственных механизмов.
Устройство гарантированного питания управляемого привода электродвигателей ответственных механизмов предназначено для повышения надежности группы электродвигателей 14 (не меньше двух) ответственных механизмов при кратковременных нарушениях электроснабжения, питающихся от двух взаиморезервируемых источников электроснабжения 17, 18 с автоматическим резервированием (например от трансформаторной подстанции 6-35/0,4 кВ 19 с автоматическим вводом резерва) с частотно-регулируемым электроприводом (преобразователем частоты) со звеном постоянного тока и инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией 1, состоящем из выпрямителя 2, инвертора напряжения 3, емкостного фильтра 4, при этом мощность описываемого устройства определяется суммарной номинальной мощностью электродвигателей ответственных механизмов. Устройство гарантированного питания 5 состоит из системы управления 10, первого и второго источников резервного питания 6, каждый из которых содержит выпрямитель 7 с входным фильтром для снижения отрицательного влияния (высшие гармонические составляющие) на питающую сеть, накопитель энергии 8 (например блок ионисторов), датчик напряжения звеньев постоянного тока преобразователей частоты 9, датчиков напряжения 11, шины постоянного тока 12 для подключения через диод 13 плюсового вывода звена постоянного тока преобразователя частоты 1, причем источником питания первого источника резервного питания (питающего первую группу электродвигателей) является второй источник электроснабжения, а источником питания второго источника резервного питания (питающего вторую группу электродвигателей) - первый источник электроснабжения, плюсовой вывод звена постоянного тока преобразователя частоты 1 первой группы электродвигателей подключен через диод 13 к шине постоянного тока 12 первого источника резервного питания 6, а второй группы электродвигателей - второго источника резервного питания 6, датчики напряжения 9 снимают показания со звеньев постоянного тока преобразователей частоты 1 и накопителя энергии 8, а их выход подключен к входу системы управления 10, первый датчик напряжения 11 снимает показания напряжения первого источника электроснабжения, а второй - второго, их выходы подключены к входу блока управления 10, управляющие выходы системы управления подключены к входам выпрямителей 7.
Работает устройство гарантированного питания следующим образом. Напряжение вводов (по сигналам с датчиков напряжения 11) питания не ниже заданных уставок по напряжению системы гарантированного питания. Система автоматического управления поддерживает через выпрямитель 7 напряжение накопителя 8 на уровне несколько ниже, чем номинальное напряжение звена постоянного тока преобразователей частоты 1, чтобы диоды оставались закрытыми. При этом электродвигатели первой группы питаются от первого источника электроснабжения, а второй группы - от второго источника, через выпрямитель 2, емкостной фильтр 4, инвертор напряжения 3 преобразователя частоты 1, при этом штатная система управления преобразователем частоты 1 формирует необходимые сигналы управления выходной частоты и напряжения для инверторов 4, обеспечивая поддержание заданного технологического параметра.
При кратковременном нарушении электроснабжения на первом вводе (снижении напряжения ниже уставки по данным датчика напряжения 11) система автоматического управления переключается в аварийный режим работы. Источником поддержания напряжения звена постоянного тока преобразователей частоты 1 первой группы электродвигателей является емкостной фильтр 4, по мере его разряда напряжение емкостного фильтра снижается и открывается диод 13, источником питания становится накопитель энергии 8 первого источника резервного питания 6. При снижении напряжения накопителя энергии ниже допустимой уставки по напряжению питание первой группы электродвигателей переводится на выпрямитель 7, то есть на шины второго источника питания. При этом нарушения работы ответственных механизмов не происходит. При восстановлении питания посредством автоматического ввода резерва или другими средствами система автоматического управления с помощью выпрямителя 7 обеспечивает плавную зарядку накопителя энергии 8 с установкой напряжения плюсового вывода на уровне ниже напряжения звена постоянного тока преобразователя частоты 1, диоды 13 закрываются. Питание системы возвращается к нормальному режиму работы.
При кратковременном нарушении питания на втором вводе действия системы управления аналогичны.
При кратковременном нарушении питания на обоих вводах система автоматического управления переключается в аварийный режим работы. Источником поддержания напряжения звена постоянного тока преобразователей частоты 1 первой и второй групп электродвигателей является емкостной фильтр 4, по мере его разряда напряжение емкостного фильтра снижается и открывается диод 13, источником питания становятся накопители энергии 8 первого и второго источника резервного питания 6 для первой и второй групп электродвигателей соответственно. При истощении запасов энергии накопителей энергии 8 напряжение источников резервного питания 6 начинает снижаться, при снижении ниже уставки по напряжению и невозможности перевода питания на выпрямитель 7 (при недостаточном уровне напряжения) отключение электродвигателей производится штатной системой управления преобразователями частоты 1. При восстановлении питания система автоматического управления с помощью выпрямителя 7 обеспечивает плавную зарядку накопителя энергии 8 с установкой напряжения плюсового вывода на уровне ниже напряжения звена постоянного тока преобразователя частоты 1, диоды 13 при этом закрыты.
При нарушении питания одного (или нескольких) электродвигателей, например, при отключении питающей кабельной линии, при необходимости, система автоматического управления 10 по сигналу от датчика напряжения 9 поддерживает напряжение звена постоянного тока преобразователя частоты аварийного электродвигателя сначала за счет энергии накопителя 8 соответствующей системы резервного питания 6, а затем и от источника питания через выпрямитель 7.
Таким образом, заявляемое устройство гарантированного питания управляемого привода электродвигателей ответственных механизмов имеет меньшие габаритные и стоимостные показатели за счет ограничения длительности питания от накопителя энергии (на время автоматического ввода резерва), а также позволяет масштабировать систему на группу электродвигателей, благодаря тому что данная система имеет шину постоянного тока для подключения плюсовых выводов звеньев постоянного тока преобразователей частоты, кроме того источником питания первого источника резервного питания (питающего первую группу электродвигателей) является второй ввод, а источником питания второго источника резервного питания (питающего вторую группу электродвигателей) - первый ввод. Благодаря дополнительному резервированию источников питания надежность предлагаемой системы питания выше.
Описание:
1 - Преобразователь частоты электродвигателя ответственного механизма
2 - Выпрямитель преобразователя частоты
3 - Инвертор преобразователя частоты
4 - Емкостной фильтр преобразователя частоты
5 - Устройство гарантированного питания
6 - Источник резервного питания устройства гарантированного питания
7 - Выпрямитель источника резервного питания
8 - Накопитель энергии (например, блок ионисторов)
9 - Датчики напряжения постоянного тока
10 - Блок управления
11 - Датчики напряжения переменного тока
12 - Шина постоянного тока
13 - Диод
14 - Электродвигатель ответственного механизма
15 - Автоматический ввод резерва
16 - Трансформатор 35-6(10)/0,4 кВ
17 - Первый источник электроснабжения
18 - Второй источник электроснабжения
19 - Комплектная трансформаторная подстанция 35-6(10)/0,4 кВ