Система управления многодвигательными приводами производственных поточных линий

Полезная модель относится к области электроэнергетических систем, а именно к автоматизированному частотно-регулируемому электроприводу.
Целью данной полезной модели является поддержание технологического процесса производства кордной ткани за счет синхронизации связанных технологическим режимом электроприводов, а также увеличение энергоэффективности многодвигательных производственных поточных линий за счет использования энергии рекуперации.
Использование единого блока выпрямления и рекуперации позволяет отказаться от тормозных резисторов, а также позволяет применить алгоритм управления электроприводов линии обрезинивания корда, основанный на отслеживании режимов торможения в процессе обрезинивания ткани, и использовать энергию рекуперации электропривода натяжного валика для питания соседних двигателей, что в свою очередь уменьшит потребляемую электроэнергию из сети. А во время режимов торможения энергия рекуперации всех электроприводов будет возвращаться в питающую сеть, где есть возможность применения данной энергии другими потребителями. Синхронизация приводов производится за счет программируемого логического контроллера.
Известна полезная модель №107547 «Система управления приводами главных механизмов буровой установки». Сущность полезной модели заключается в том, что данная полезная модель объединяет пары приводных электродвигателей одним инвертором напряжения в то же время, каждый из остальных электродвигателей управляется соответствующим инвертором напряжения.
Так же известна полезная модель №124089 «Устройство рекуперации электроэнергии». Относится к области электротехнических систем многодвигательных подъемно-транспортных механизмов, прессовых установок, крутильно-мотальных механизмов, электротранспорта, а также штамповочных машин и установок, в частности к подъемному крану. Сущность технического решения заключается в том, что устройство содержит единый блок рекуперации электроэнергии и не снабжено тормозными резисторами.
На сегодняшний день известна схема многодвигательной линии обрезинивания корда, где каждый двигатель кордной линии питается индивидуально от преобразователей частоты. Для электроснабжения электроприводов используется силовой трансформатор из трех обмоток. Напряжение вторичной обмотки подключено на вход преобразователей частоты.
На фигуре 1 изображена схема подключения.
В указанной схеме присутствуют недостатки: при использовании такой схемы увеличивается количество оборудования, увеличиваются габариты и масса преобразователей частоты за счет использования тормозных резисторов, также не используется энергия рекуперации, которая способствует повышению энергоэффективности.
Задача, которую решает данная полезная модель, заключается в том, что вместо индивидуальных преобразователей частоты используется единый для всех приводов первичный источник питания в виде совмещенного блока выпрямления/инвертирования, подключенного входом к зажимам понижающего сетевого трансформатора (6/0,4 кВ), а выходом - к общим для всех автономных инверторов шинам постоянного тока; в случае перехода одного или нескольких двигателей в генераторный режим, энергия рекуперации используется для питания соседних двигателей, в случае общего тормозного режима энергия рекуперации передается в питающую сеть, где в свою очередь, может быть использована для питания других приемников, связанных одним технологическим режимом в составе кордной линии в производстве автошин, синхронизированных по скорости движения материала - кордной ленты и обеспечивающих ее равномерное натяжение.
Заявляемая полезная модель состоит из следующих элементов.
Как показано на фигуре 2, принцип исполнения многодвигательного электропривода состоит в использовании единого для всех приводов первичного источника питания в виде совмещенного блока выпрямления/инвертирования, подключенного входом к зажимам понижающего сетевого трансформатора (6/0,4 кВ), а выходом - к общим для всех автономных инверторов (АИ1, АИ2, … АИ11) шинам постоянного тока. В данном случае автономные инверторы выполняют функции индивидуальных преобразователей частоты с общей шиной постоянного тока в составе асинхронных приводов М1, М2, … М11, каждый из которых приводит в движение соответствующий механизм кордной линии. Кроме названных частей в состав силовой схемы входят:
- силовой блок выпрямления/инвертирования 8 (в количестве 2-х), выполненный в виде реверсивного вентильного преобразователя по 3-фазной мостовой 2-комплектной схеме выпрямления с совместным согласованным управлением вентильными комплектами, один из которых на этапах потребления мощности выполняет функции выпрямителя (В), а другой на этапах возврата мощности торможения в сеть - функции зависимого инвертора (И). Благодаря процессу рекуперации, данное решение позволяет использовать энергию торможения приводов в других нагрузках сети, а так же повысить коэффициент полезного действия установки, исключив непроизводительное рассеивание этой энергии в балластных резисторах;- сетевые предохранители 1, обеспечивающие защиту кабелей и полупроводниковых элементов преобразователя от токовых перегрузок;
- сетевой коммутационный дроссель 5 для уменьшения высших гармоник потребляемого тока и защиты от аварийных токов короткого замыкания;
- автотрансформатор 6 для подключения к сети зависимого инвертора в составе блока выпрямления/рекуперации. Повышает э.д.с инвертора на 20% по сравнению с э.д.с выпрямителя, что позволяет ограничить образованный разностью указанных э.д.с уравнительный ток, причем это ограничение происходит без применения уравнительных реакторов;
- главный контактор 3 для подключения блока выпрямления/рекуперации к питающей сети;
- клеммы для внешнего питания 24 В постоянного тока;
- программируемый логический контроллер 28.
Полагается, что в качестве исполнительных электродвигателей M1, … М11 используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором фирмы Siemens типа 1LA6, 1LG8, предназначенные для работы с преобразователями частоты с выходным напряжением 400 В.
Принцип работы полезной модели.
Напряжение подается на блок выпрямления/инвертирования 8 через предохранители 1, разъединитель 2, основной контактор 3 и автотрансформатор 6. Входной фильтр 4 и коммутационный дроссель 5 служат для уменьшения высших гармоник потребляемого тока и защиты от аварийных токов короткого замыкания. В режиме разгона и в установившемся режиме работы, через выпрямитель 9 подается выпрямленное напряжение к автономным инверторам 12-19 через шины постоянного тока 11. Автономные инверторы 12-19 задают частоту вращения электродвигателям 20-27. В случае, если один или несколько из электродвигателей переходят в генераторный режим работы, энергия рекуперации будет направляться в шины постоянного тока 11, откуда будет использоваться для питания соседних электродвигателей, тем самым уменьшая потребляемую электроэнергию из сети и повышая энергоэффективность. В режиме торможения и замедления скорости поточной линии все электроприводы переходят в генераторный режим. В этом случае, энергия рекуперации электродвигателей через шины постоянного тока 11 будет передаваться в блок инвертирования 10, откуда будет возвращаться в питающую сеть, где может быть использована для питания других потребителей электрической энергии, тем самым повышая энергоэффективность. Синхронизация приводов производится за счет программируемого логического контроллера 28.
Сущность полезной модели поясняется следующим образом.
При исследовании режимов работы кордной линии, было зарегистрировано повышение напряжения в звене постоянного тока электропривода натяжного валика в момент разгона технологической линии. Определено, что скорость линии опережает заданную частоту вращения ротора электродвигателя натяжителя, а скорость вращения ротора начинает превышать скорость вращения электромагнитного поля статора, и двигатель переходит в генераторный режим.
Таким образом, с помощью предложенной полезной модели можно применить алгоритм управления электроприводов каландров и натяжных роликов линии, основанный на отслеживании режимов торможения в процессе обрезинивания ткани и использовать энергию рекуперации электропривода натяжного валика для питания соседних двигателей, что в свою очередь уменьшит потребляемую электроэнергию из сети. А во время режимов торможения энергия рекуперации всех электроприводов будет возвращаться в питающую сеть, где есть возможность применения данной энергии другими потребителями.
Техническая реализация данной полезной модели позволит настроить систему взаимосвязанных приводов кордной линии, повысив энергоэффективность работы линии за счет отслеживания и управления процессом рекуперации.
Практическая значимость модели состоит в предложенном способе использования энергии рекуперации взаимосвязанных электроприводов в технологических линиях и механизмах, где возможны длительные режимы разгона и торможения.