ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к частотно регулируемым электроприводам и, в частности, к преобразователям частоты со звеном постоянного тока и инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией.
Известен преобразователь частоты, состоящий из двух выпрямителей, входы которых подключены к разным источникам питания напряжения, а выходы попарно объединены и подключены к входам емкостного фильтра, выходы которого соединены с входами автономного инвертора напряжения, к выходам которого подключен электродвигатель переменного тока (см. пат. РФ №32333, Н02Р 5/00).
Недостатком преобразователя является обязательное наличие второго (резервного) источника питания для обеспечения устойчивой работы ответственного электропривода при кратковременных нарушениях электроснабжения, которые приводят его к останову.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является преобразователь частоты, содержащий выпрямитель, емкостной фильтр, инвертор напряжения, блок управления, снабженный первым входом, предназначенный для приема сигнала от датчика технологического параметра, и вторым входом, к которому подключен выход датчика, сигнализирующего о нарушении электроснабжения преобразователя (см. пат. РФ №72589, Н02Р 27/08).
Недостатком преобразователя является низкая устойчивость работы ответственного электропривода при кратковременных нарушениях электроснабжения, которые приводят его к останову.
Низкая устойчивость обусловлена тем, что накопленная энергия в емкостном фильтре звена постоянного тока недостаточна для поддержания устойчивой коммутации вентилей автономного инвертора, в результате чего происходит отключение ответственного электропривода. Для производств с непрерывным технологическим процессом этот недостаток является существенным.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в снижении чувствительности ответственного электропривода к кратковременным нарушениям электроснабжения.
Поставленная задача достигается тем, что в преобразователе частоты, содержащем выпрямитель, емкостной фильтр, инвертор напряжения, блок управления, снабженный первым входом, предназначенный для приема сигнала от датчика технологического параметра, и вторым входом, к которому подключен выход датчика, сигнализирующего о нарушении электроснабжения преобразователя, согласно изменению, он снабжен электромеханическим накопителем энергии, который содержит первый выпрямитель, подключенный к системе электроснабжения, емкостной фильтр, первый преобразователь, выход которого подключен к электрической машине, которая вращает маховик, второй преобразователь, выход которого через реактор подключен к емкостному фильтру переменного тока, который подключен ко второму выпрямителю электромеханического накопителя энергии, выходы второго выпрямителя объединены с соответствующими выходами выпрямителя преобразователя частоты.
Технический результат заключается в обеспечении непрерывности электропитания особо ответственных потребителей при кратковременных нарушениях электроснабжения, благодаря накоплению достаточной активной энергии (механической энергии маховика), и преобразования этой энергии в электрическую энергию с заданными параметрами.
На фиг.1 изображена функциональная схема, которая поясняет сущность заявляемого технического решения.
Заявляемое устройство (фиг.1) содержит выпрямитель 1, входы которого подключены к источнику питания 2, емкостной фильтр 3, инвертор напряжения 4, выходы которого подключены к двигателю переменного тока 5, блок управления 6, снабженный первым входом 7, предназначенный для приема сигнала от датчика технологического параметра (на схеме не показан), и вторым входом 8, к которому подключен выход датчика 9, сигнализирующего о нарушении электроснабжения преобразователя, согласно изменению, он снабжен электромеханическим накопителем энергии 10, который содержит первый выпрямитель 11, подключенный к системе электроснабжения 2, емкостной фильтр 12, первый преобразователь 13, выход которого подключен к электрической машине 14, которая вращает маховик 15, второй преобразователь 16, выход которого через реактор 17 подключен к емкостному фильтру переменного тока 18, который подключен ко второму выпрямителю 19 электромеханического накопителя энергии 10, выходы выпрямителя 19 объединены с соответствующими выходами выпрямителя 1 преобразователя частоты.
Отличительной особенностью заявляемого технического решения является то, что при кратковременных нарушениях электроснабжения электрическую энергию преобразователь частоты получает не от резервного источника питания, а от специального устройства - электромеханического накопителя энергии. Это устройство обеспечивает непрерывность электропитания особо ответственных потребителей, благодаря двум принципам, заложенным в конструкцию устройства: накопление достаточной активной энергии и сохранение ее до кратковременного нарушения электроснабжения; использование запасенной энергии путем ее преобразования в электрическую энергию с заданными параметрами.
Преобразователь частоты работает следующим образом. Датчик 9 контролирует электроснабжение преобразователя. В отсутствие на входе 8 сигнала о нарушении электроснабжения преобразователя, блок 6 функционирует в режиме регулирования выходной частоты и выходного напряжения инвертора напряжения 4 по сигналу, поступающему на вход 7 от датчика технологического параметра.
Электромеханический накопитель энергии 10 в отсутствие сигнала о нарушении электроснабжения преобразователя, работает следующим образом. Первый выпрямитель 11 и емкостной фильтр 12 образуют звено постоянного тока для первого 13 и второго 16 преобразователей. Первый преобразователь 13 обеспечивает электрической энергией машину 14, которая вращает с номинальной скоростью маховик 15, за счет потребления активной энергии от источника 2, которая расходуется на покрытие механических потерь холостого хода. Первым преобразователем 13 управляет блок 6. Второй преобразователь 16 обеспечивает «горячий» резерв, функционируя в режиме статического компенсатора. Обмен реактивной энергией происходит между накопителями двух видов энергии: электрической, запасенной в конденсаторах фильтров постоянного 12 и переменного 18 тока, и магнитной - в поле реактора 17. Протекание тока основной гармоники через конденсатор 18 создает необходимое напряжение на входе второго выпрямителя 19. Величину этого напряжения формирует блок 6 таким образом, чтобы в нормальном режиме питание двигателя 5 осуществлялось от источника 2, а электромеханический накопитель энергии 10 не оказывал влияния на работу преобразователя частоты.
При появлении на входе 8 сигнала о нарушении электроснабжения преобразователя, блок 6 переводит преобразователь 13 в режим выпрямителя. Запасенная механическая энергия маховика 15 преобразуется машиной 14 в электрическую энергию и отдается двигателю 5. Электрическая машина 14 работает в режиме рекуперативного торможения, который характеризуется постепенным снижением напряжения и частоты ее на зажимах. При этом стабилизация выходного напряжения и частоты на выходе второго преобразователя 16 обеспечивается совместной работой двух преобразователей 13 и 16, первый из которых работает в режиме выпрямителя, а второй - в режиме инвертора напряжения. В течение короткого времени нарушения электроснабжения, преобразователь получает питание от электромеханического накопителя энергии 10, обеспечивая устойчивую работу двигатель 5.
После снятия на входе 8 сигнала о нарушении электроснабжения преобразователя (т.е. восстановления нормального электроснабжения), блок 6 переводит электромеханический накопитель энергии 10 в режим накопления достаточной активной энергии и хранения ее до следующего кратковременного нарушения электроснабжения, при этом двигатель 5 получает питание от источника 2.
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает непрерывность электропитания особо ответственных потребителей при кратковременных нарушениях электроснабжения, благодаря накоплению достаточной активной энергии, и преобразования этой энергии в электрическую энергию с заданными параметрами.