УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВУХСКОРОСТНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ДУТЬЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в электроприводе дутьевого вентилятора котельного агрегата.
Известно устройство для управления асинхронным двухскоростным электродвигателем, содержащее первый и второй коммутационные аппараты, входы которых подключены к источнику электроснабжения, при этом выход первого коммутационного аппарата подключен к выводу обмотки низкой скорости электродвигателя, а выход второго - к выводу обмотки высокой скорости, которое предназначено для ступенчатого изменения скорости вращения электродвигателя, в том числе в электроприводах дутьевых вентиляторов котельного агрегата (см. патент РФ №2280314, Н02P 5/00).
Недостатком известного устройства является низкий коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора, вследствие того, что регулирование его производительности осуществляется методом дросселирования, при котором часть энергии электродвигателя расходуется не на подачу воздуха дутьевым вентилятором, а на преодоление сопротивления в воздуховоде вентилятора, создаваемого направляющим аппаратом. Применение двухскоростного электродвигателя со ступенчатым изменением скорости вращения электродвигателя не позволяет получить максимального значения коэффициента полезного действия электропривода дутьевого вентилятора во всем диапазоне регулирования его производительности.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является устройство управления двухскоростным электродвигателем, содержащее первый и второй коммутационные аппараты, блок управления, блок задания количества подаваемого воздуха, датчик количества подаваемого воздуха, преобразователь частоты, входы коммутационных аппаратов подключены к источнику электроснабжения, выход первого коммутационного аппарата подключен к выводу обмотки низкой скорости электродвигателя, а выход второго - к выводу обмотки высокой скорости электродвигателя, первый и второй выходы блока управления соединены с управляющими входами соответственно первого и второго коммутационных аппаратов, третий выход блока управления соединен с управляющим входом преобразователя частоты, а четвертый выход - с управляющим входом электропривода направляющего аппарата вентилятора, при этом первый вход блока управления подключен к блоку задания количества подаваемого воздуха, второй его вход - к датчику количества подаваемого воздуха, а третий вход блока управления соединен с информационным выходом преобразователя частоты, силовой вход преобразователя частоты подключен к источнику электроснабжения, которое предназначено для ступенчатого и плавного изменения скорости вращения электродвигателя, в том числе в электроприводах дутьевых вентиляторов котельного агрегата (см. патент РФ №131255, Н02Р 25/02, Н02Р 25/18).
Недостатком данного устройства является низкая надежность его работы, за счет неэффективного управления двухскоростным электродвигателем при регулировании малой производительности дутьевого вентилятора. Это обусловлено тем, что в этом режиме к преобразователю частоты подключена обмотка высокой скорости двухскоростного электродвигателя, такой режим снижает коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора котельного агрегата.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении надежности работы устройства при энергосберегающем управлении двухскоростным электродвигателем.
Технический результат, создаваемый полезной моделью, заключается в обеспечении условий своевременного переключения обмоток низкой или высокой скорости двухскоростного электродвигателя к выходу преобразователя частоты как в рабочем режиме, так и в аварийных ситуациях с одновременным повышением и поддержанием коэффициента полезного действия электропривода дутьевого вентилятора котельного агрегата на высоком уровне во всем диапазоне его регулирования.
Поставленная задача достигается тем, что устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата, содержащее первый и второй коммутационные аппараты, блок управления, блок задания количества подаваемого воздуха, датчик количества подаваемого воздуха, преобразователь частоты, причем входы первого и второго коммутационных аппаратов подключены к источнику электроснабжения, выход первого коммутационного аппарата подключен к выводу обмотки низкой скорости электродвигателя, а выход второго - к выводу обмотки высокой скорости электродвигателя, первый и второй выходы блока управления соединены с управляющими входами соответственно первого и второго коммутационных аппаратов, третий выход блока управления соединен с управляющим входом преобразователя частоты, а четвертый выход - с управляющим входом электропривода направляющего аппарата вентилятора, при этом первый вход блока управления подключен к блоку задания количества подаваемого воздуха, второй его вход - к датчику количества подаваемого воздуха, а третий вход блока управления соединен с информационным выходом преобразователя частоты, силовой вход которого подключен к источнику электроснабжения, согласно изменению, снабжено третьим коммутационным аппаратом, вход которого подключен к силовому выходу преобразователя частоты, его первый и второй выходы подключены соответственно к выходам первого и второго коммутационных аппаратов, а управляющий вход третьего коммутационного аппарата соединен с пятым выходом блока управления.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата.
Устройство управления двухскоростным электродвигателем 1 дутьевого вентилятора 2 котельного агрегата, содержит первый 3 и второй 4 коммутационные аппараты, блок управления 5, блок задания количества подаваемого воздуха 6, датчик количества подаваемого воздуха 7, преобразователь частоты 8. При этом входы коммутационных аппаратов 3 и 4 подключены к источнику электроснабжения 9. Выход первого коммутационного аппарата 3 подключен к выводу обмотки низкой скорости 10 электродвигателя 1, а выход второго коммутационного аппарата 4 - к выводу обмотки высокой скорости 11 электродвигателя 1. Первый и второй выходы блока управления 5 соединены с управляющими входами соответственно первого 3 и второго 4 коммутационных аппаратов. Третий выход блока управления 5 соединен с управляющим входом преобразователя частоты 8, а четвертый выход - с управляющим входом электропривода направляющего аппарата вентилятора 12. При этом первый вход блока управления 5 подключен к блоку задания количества подаваемого воздуха 6, второй его вход - к датчику количества подаваемого воздуха 7, а третий вход блока управления 5 соединен с информационным выходом преобразователя частоты 8. Силовой вход преобразователя частоты 8 подключен к источнику электроснабжения 9. Устройство управления дополнительно снабжено третьим коммутационным аппаратом 13, вход которого подключен к силовому выходу преобразователя частоты 8, первый и второй выходы третьего коммутационного 13 аппарата подключены соответственно к выходам первого 3 и второго 4 коммутационных аппаратов, а управляющий вход третьего коммутационного аппарата 13 соединен с пятым выходом блока управления 5.
Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что при изменении производительности дутьевого вентилятора обеспечивается достижение максимального коэффициента полезного действия электропривода дутьевого вентилятора котельного агрегата, и поддержание его на высоком уровне во всем диапазоне регулирования, что приводит к энергосберегающему управлению двухскоростным электродвигателем.
При этом заявляемое устройство обеспечивает повышение надежности электропривода дутьевого вентилятора, как в рабочем режиме, так и в аварийных ситуациях при неисправности обмоток низкой или высокой скорости двухскоростного электродвигателя, а также при аварийном отключении преобразователя частоты.
зад
Устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата работает следующим образом. Блок задания количества подаваемого воздуха 6 задает производительность Q дутьевого вентилятора 2, которая удовлетворяет заданному соотношению топливо-воздух котельного агрегата. В процессе эксплуатации котельного агрегата его производительность может изменяться в широких пределах от максимального значения, что обычно соответствует номинальной нагрузке, до минимального значения, которое примерно равна половине номинальной нагрузки.
зад
Рассмотрим два диапазона регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 в зависимости от заданной производительности Q.
НС мин
HC макс
НС мин
HC макс
HC мин
НC макс
В первом диапазоне регулирования производительность дутьевого вентилятора 2 изменяется в пределах Q≤Q≤Q. Где Q, Q - минимальная и максимальная производительности дутьевого вентилятора 2 при работе двухскоростного электродвигателя 1 на обмотке низкой скорости 10. При этом Q примерно равна половине номинальной производительности дутьевого вентилятора 2, работающего на высокой скорости двухскоростного электродвигателя 1, который получает питание от сети, a Q равна номинальной производительности дутьевого вентилятора 2, работающего на низкой скорости двухскоростного электродвигателя 1, который получает питание от сети.
зад
зад
зад
НС макс
С пятого выхода блока управления 5 на третий коммутационный аппарат 13 подается сигнал, который подключает первый выход указанного коммутационного аппарата 13 к силовому выходу преобразователя частоты 8, при этом последний подключается к выводам обмотки низкой скорости 10 двухскоростного электродвигателя 1. Таким образом, в первом диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 двухскоростной электродвигатель 1 работает на обмотках низкой скорости, получая питание от преобразователя частоты 8. По сигналу с блока задания количества подаваемого воздуха 6 и сигналу обратной связи с датчика количества подаваемого воздуха 12 блок управления 5 на третьем своем выходе формирует сигнал для управляющего входа преобразователя частоты 8. Последний изменяет частоту вращения двухскоростного электродвигателя 1 так, чтобы обеспечить заданную производительность Q дутьевого вентилятора 2. При работе в первом диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 первый 3 и второй 4 коммутационные аппараты разомкнуты, а лопатки направляющего аппарата вентилятора 12 установлены в положение, которое соответствует их открытому состоянию. Регулирование заданной производительности Q дутьевого вентилятора 2 осуществляется по напорной характеристики магистрали воздуховода, т.е. без потерь, что обеспечивает получение максимального коэффициента полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 во всем указанном диапазоне регулирования. При достижении условия, что Q>Q работа двухскоростного электродвигателя 1 переводится во второй диапазон регулирования.
НС макс
ВС макс
BC макс
Во втором диапазоне регулирования производительность дутьевого вентилятора изменяется в пределах Q<Q≤Q. Где Q равна номинальной производительности дутьевого вентилятора 2, работающего на высокой скорости двухскоростного электродвигателя 1, который получает питание от сети.
зад
При переходе с первого диапазона регулирования производительности во второй диапазон с пятого выхода блока управления 5 на третий коммутационный аппарат 13 подается сигнал. Первый выход указанного коммутационного аппарата 13 отключается от силового выхода преобразователя частоты 8, а второй его выход подключается к силовому выходу указанного преобразователя частоты 8, при этом последний подключается к выводам обмотки высокой скорости 11 двухскоростного электродвигателя 1. Таким образом, во втором диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 двухскоростной электродвигатель 1 работает на обмотках высокой скорости, получая питание от преобразователя частоты 8. Далее последовательность работы блоков во втором диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора аналогична работе этих же блоков в первом диапазоне регулирования. Состояния коммутационных аппаратов 3 и 4, а также положение лопаток направляющего аппарата вентилятора 12 остаются неизменными. Регулирование заданной производительности Q дутьевого вентилятора 2 также осуществляется по напорной характеристики магистрали воздуховода, т.е. с максимальным коэффициентом полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 во всем указанном диапазоне регулирования.
зад
В рабочем режиме эксплуатации устройства управления двухскоростным электродвигателем 1 блок управления 5 выбирает один из двух диапазонов регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 в зависимости от величины сигнала задания Q с выхода блока 6. Указанные диапазоны обеспечивают поддержание максимального коэффициента полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 котельного агрегата на всем общем диапазоне регулирования. В первом диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 двухскоростной электродвигатель 1 работает от преобразователя частоты 8 на обмотках низкой скорости 10, а во втором диапазоне регулирования - от преобразователя частоты 8 на обмотках высокой скорости 11. Наличие третьего коммутационного аппарата 13 обеспечивает равномерную загрузку обмоток низкой 10 и высокой 11 скорости в процессе эксплуатации устройства управления двухскоростным электродвигателем 1.
При неисправностях обмоток низкой 10 или высокой 11 скорости двухскоростного электродвигателя 1 и исправном состоянии преобразователя частоты 8 сохраняется высокий коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2, особенно это заметно, если в исправном состоянии находятся обмотки высокой скорости 11. Если исправны преобразователь частоты 8 и обмотки низкой скорости 10, а обмотки высокой скорости 11 неисправны, то высокий коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 также обеспечивается, но для малой производительности дутьевого вентилятора 2.
зад
В аварийном режиме, когда происходит отключение преобразователя частоты 8, с его информационного выхода на третий вход блока управления 5 поступает сигнал «авария преобразователя частоты». Блок управления 5 переводит работу двухскоростного электродвигателя 1 в аварийный режим регулирования. При этом блок управления 5 включает первый 3 или второй 4 коммутационные аппараты и, изменяя положение лопаток направляющего аппарата 12, обеспечивает заданную производительность Q дутьевого вентилятора 2. Коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 при этом снижается, так как регулирование производительности вентилятора осуществляется методом дросселирования, однако при этом сохраняется работоспособность дутьевого вентилятора 2 и котельного агрегата в целом.
зад
После снятия сигнала «авария» с преобразователя частоты блок управления 5 восстанавливает рабочий режим эксплуатации устройства управления двухскоростным электродвигателем 1. В зависимости от величины сигнала задания Q выбирается первый или второй диапазон регулирования производительности дутьевого вентилятора 2.
Таким образом, устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата позволяет повысить надежность работы электропривода дутьевого вентилятора котельного агрегата. Это достигается благодаря тому, что во всем диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора управление двухскоростным электродвигателем осуществляют от преобразователя частоты на его обмотках низкой или высокой скорости с созданием максимального значения коэффициента полезного действия заявляемого устройства. Кроме того, устройство при неисправности обмоток низкой или высокой скорости двухскоростного электродвигателя обеспечивают сохранение высокого коэффициента полезного действия электропривода дутьевого вентилятора, а при аварийном отключении преобразователя частоты сохраняет работоспособность электропривода дутьевого вентилятора, что повышает надежность работы заявляемого устройства.