ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Область техники
Устройство относится к области регулируемого электропривода и может найти применение в электроприводах механизмов непрерывного действия, технологические режимы которых не допускают внеплановых остановок.
Уровень техники
Известен вентильно-индукторный электропривод, в котором преобразователи частоты, содержащие выпрямитель и инвертор, питаются от двух независимых вводов, один из которых основной, другой резервный [пат. RU 53515U1, МПК Н02М 5/40, 2006 г.]. Для обеспечения резервирования питание преобразователей частоты осуществляется через устройства автоматического ввода резерва, установленные на каждом вводе, и общее устройство распределения силового питания с коммутационной и защитной аппаратурой. Наличие указанных устройств усложняет и удорожает электропривод, снижает его надежность.
Наиболее близким к предлагаемому преобразователю является преобразователь частоты [пат. RU32333U1, МПК Н02Р 5/00, 2003 г.], содержащий инвертор и два выпрямителя, выходы которых подключены к входу инвертора, а входы - к независимым вводам электропитания. Известный преобразователь обеспечивает электропитание частотно-регулируемого электропривода от двух независимых вводов и непрерывность технологического процесса при нарушении электропитания по одному из них.
Недостатком указанного устройства, является бесконтрольное переключение электропитания преобразователя частоты с одного ввода на другой при колебаниях величины напряжения на вводах или динамическом
изменении потребления тока инвертором. Ввиду отсутствия приоритетности электропитания данного электропривода от определенного ввода, могут иметь место осложнения для электропитания других потребителей от этих же вводов. В результате надежность бесперебойной работы электропривода при нарушениях электроснабжения снижается.
Раскрытие полезной модели
Задача, решаемая полезной моделью - повышение надежности бесперебойной работы частотно-регулируемого электропривода непрерывного действия при нарушениях электроснабжения, путем исключения бесконтрольного переключения электропитания с ввода на ввод при колебаниях напряжения на вводах и обеспечения возможности использования в условиях нормального электроснабжения одного из вводов в качестве основного (приоритетного), а другого в качестве резервного с автоматическим переключением с основного ввода на резервный при нарушении электроснабжения по основному вводу.
Предметом полезной модели является преобразователь частоты, содержащий инвертор, первый и второй выпрямители, через которые инвертор соединен с двумя независимыми вводами электропитания, ключ постоянного тока, блок контроля и блок управления, к информационному входу которого подключен выход блока контроля, а к выходу - управляющий вход ключа постоянного тока, при этом вход блока контроля подключен к первому выпрямителю, указанный ключ установлен в выходной цепи второго выпрямителя, а блок управления выполнен с возможностью выдачи команды на замыкание ключа постоянного тока в соответствии с сигналом на своем информационном входе.
Эта совокупность признаков обеспечивает решение указанной задачи и получение технического результата в виде повышения надежности работы электропривода при нарушениях электроснабжения.
Полезная модель имеет развития, характеризующие частные случаи ее выполнения:
- блок контроля выполнен в виде датчика переменного напряжения и подключен входом к входу первого выпрямителя, а блок управления выполнен с возможностью выдачи команды на замыкание ключа постоянного тока при снижении напряжения на своем информационном входе ниже заданного уровня;
- блок контроля выполнен в виде датчика постоянного напряжения и подключен входом к выходу первого выпрямителя, а блок управления выполнен с возможностью выдачи команды на замыкание ключа постоянного тока при снижении напряжения на своем информационном входе ниже заданного уровня;
- блок контроля выполнен в виде датчика переменного напряжения и датчика постоянного напряжения, подключенных своими входами к входу и выходу первого выпрямителя соответственно, при этом входы и выходы указанных датчиков образуют вход и выход соответственно блока контроля, а блок управления выполнен с возможностью выдачи команды на замыкание ключа постоянного тока в зависимости от сочетания напряжений, измеренных указанными датчиками;
- в устройство могут быть введены первый и второй выключатели, установленные во входных цепях первого и второго выпрямителя соответственно, блок выбора приоритетного ввода электропитания, дополнительный ключ постоянного тока, установленный в выходной цепи первого выпрямителя, и дополнительный блок контроля, при этом первый и второй выходы блока выбора приоритетного ввода электропитания подключены к управляющим входам первого и второго выключателей соответственно, блок управления снабжен дополнительным выходом, подключенным к управляющему входу дополнительного ключа постоянного тока, управляющим и дополнительным информационным
входами, подключенными к третьему выходу блока выбора приоритетного ввода электропитания и к выходу дополнительного блока контроля соответственно, и выполнен с возможностью выдачи указанной команды на свой выход или на свой дополнительный выход, в зависимости от сигнала на своем управляющем входе;
- ключ постоянного тока может быть выполнен на основе тиристора;
- блок управления может быть выполнен на основе программируемого контроллера.
Развития полезной модели направлены на ее уточнение, повышение удобства эксплуатации и дальнейшее повышение надежности работы при нарушениях электроснабжения.
Краткое описание фигур
На фиг.1-4 представлены структурные схемы устройства, иллюстрирующие осуществление полезной модели с учетом ее развитии.
Осуществление полезной модели
На фигурах показаны инвертор 1 и два мостовых выпрямителя: первый выпрямитель 2 и второй выпрямитель 3. Через выпрямители 2 и 3 инвертор 1 подключен к независимым вводам электропитания А и Б. В выходной цепи выпрямителя 3 установлен ключ 4 постоянного тока.
Устройства на фиг.1-3 содержат блок 5 управления и блок 6 контроля. К информационному входу 7 блока 5 управления подключен выход блока 6 контроля. К выходу 8 блока 5 управления подключен управляющий вход ключа 4. Вход блока 6 подключен к выпрямителю 2.
Блок 5 управления выполнен с возможностью выдачи на свой выход 8 команды на замыкание ключа 4 постоянного тока в соответствии с сигналом на своем информационном входе,
Схема фиг.1 иллюстрирует случай, когда блок 6 выполнен в виде датчика 9 переменного напряжения и подключен входом к входу выпрямителя 2. При этом блок 5 управления выполнен с возможностью выдачи на выход 8 команды
на замыкание ключа 4 постоянного тока при снижении напряжения на своем информационном входе 7 ниже заданного уровня.
Схема фиг.2 иллюстрирует случай, когда блок 6 выполнен в виде датчика 10 постоянного напряжения и подключен входом к выходу выпрямителя 2, а выходом к информационному входу 11 блока 5. При этом блок 5 управления выполнен с возможностью выдачи на выход 8 команды на замыкание ключа 4 постоянного тока при снижении напряжения на информационном входе 11 ниже заданного уровня.
Схема фиг.3 иллюстрирует случай, когда блок 6 выполнен в виде датчика 9 переменного напряжения и датчика 10 постоянного напряжения, подключенных своими входами к входу и выходу выпрямителя 2 соответственно. При этом входы и выходы датчиков 9 и 10 образуют двухпроводный вход и двухпроводный выход соответственно блока 6 контроля, а блок 5 управления выполнен с возможностью выдачи на свой выход 8 команды на замыкание ключа 4 постоянного тока в зависимости от сочетания напряжений, измеренных указанными датчиками;
Фиг.1-3 - иллюстрируют осуществления полезной модели с фиксированным выбором приоритетного ввода при монтаже оборудования, а фиг.4 - с возможностью выбора приоритетного ввода в процессе эксплуатации.
Для осуществления этой возможности в схему введены (см. фиг.4) первый 12 и второй 13 выключатели, блок 14 выбора приоритетного ввода электропитания, дополнительный ключ 15 постоянного тока, установленный в выходной цепи выпрямителя 2, и дополнительный блок 16 контроля. Выключатели 12 и 13 установлены во входных цепях выпрямителей 2 и 3 соответственно. Первый 17 и второй 18 выходы блока 14 подключены к управляющим входам выключателей 12 и 13 соответственно. Блок 5 управления снабжен дополнительным выходом 19, подключенным к управляющему входу ключа 15, управляющим входом 20, подключенным к третьему выходу 21 блока 14, и дополнительным информационным двухпроводным входом,
подключенным к двухпроводному выходу блока 16 (провода 22 и 23). При этом блок 5 управления выполнен с возможностью выдачи команды на замыкание ключа постоянного тока на выход 8 или на дополнительный выход 19 в зависимости от сигнала на своем управляющем входе 20;
На схеме фиг.4 проиллюстрирован случай, когда каждый из блоков 6 и 16 контроля выполнен в виде двух датчиков: блок 6 - датчиков 9 и 10, а блок 16 - датчика 24 переменного напряжения, вход которого подключен к входу выпрямителя 3 и датчика 25 постоянного напряжения, вход которого подключен к выходу выпрямителя 3. При этом входы указанных датчиков образуют двухпроводные входы блоков 6 и 16 контроля, подключенные к выпрямителям, а выходы - двухпроводные выходы блоков 6 и 16, подключенные к соответствующим информационным двухпроводным входам блока 5.
Устройство работает следующим образом (см. фиг.4).
При подготовке к работе рукоятку блока 14 выводят из положения «0» и устанавливают в положение «А» или «Б», что вызывает включение обоих выключателей 12 и 13. По выходу 21 в блок 5 поступает управляющий сигнал, несущий информацию о сделанном выборе приоритетного ввода. В зависимости от этого сигнала блок 5 выдает команду на замыкание ключа постоянного тока на свой выход 8 или на свой выход 19. Если приоритетным выбран ввод А, питающий выпрямитель 2, то блок 5 выдает указанную команду на выход 19 и включает ключ 15. Если приоритетным выбран ввод Б, питающий выпрямитель 3, блок 5 выдает указанную команду на выход 8 и включает ключ 4. После этого инвертор 1 получает питание от выпрямителя приоритетного ввода и преобразователь начинает работу.
При наличии напряжения на обоих вводах электропитание инвертора 1 осуществляется от приоритетного ввода, например, ввода А через выпрямитель 2 и ключ 15, при этом ключ 4 закрыт, а выпрямитель 3 находится в режиме горячего резерва, то есть на его выходе имеется выпрямленное напряжение.
Электропитание выбранного приоритетного ввода контролируется соответствующим блоком 6 или 16 контроля. Нарушение электропитания по приоритетному вводу А блок 5 обнаруживает по сигналу, поступающему на его информационный вход от блока б. В соответствии с этим сигналом блок 5 формирует команду на замыкание ключа постоянного тока и выдает ее на свой выход 8 или 19 в зависимости от сигнала на своем управляющем входе 20, несущего информацию о сделанном выборе приоритетного ввода. Если приоритетным выбран ввод А, питающий выпрямитель 2, то блок 5 выдает указанную команду на выход 8 и включает ключ 4. Если приоритетным выбран ввод Б, питающий выпрямитель 3, блок 5 выдает указанную команду на выход 19 и включает ключ 15.
В случае использования в блоке 6 или 16 одного датчика (переменного или постоянного напряжения) блок 5 выдает команду на замыкание соответствующего ключа постоянного тока (и, следовательно, команду перехода на резервное питание) при снижении напряжения, на своем соответствующем информационном входе ниже заданного уровня, а в случае использования двух датчиков (переменного и постоянного напряжения) - при заданном сочетании напряжений, измеренных указанными датчиками.
При контроле переменного напряжения заданный уровень может составлять, например, 70% от номинального, а при контроле постоянного напряжения, например, 60% от его номинального значения.
В случае совместного использования в блоке контроля датчиков переменного и постоянного напряжения блок 5 анализирует входное и выходное напряжения соответствующего выпрямителя и выдает команду перехода на резерв в зависимости от сочетания напряжений, измеренных указанными датчиками. Это позволяет более детально оценивать состояние электропитания по приоритетному вводу. Например, если напряжение на входе выпрямителя снизилось до первой заданной величины, но постоянное напряжение на его выходе не снизилось до другой заданной величины (такой
случай возможен, в частности, при малой электромагнитной мощности, потребляемой инвертором 1), то блок 5 команду на замыкание ключа в резервной цепи (и, следовательно, переход на резервное электропитание) выдает с задержкой, Это может быть полезно при кратковременных снижениях напряжения в сети, например, при прямом пуске от этого же ввода других электродвигателей. А при дальнейшем снижении переменного напряжения до второй заданной величины даже при сохранении в допустимых пределах постоянного напряжения на выходе выпрямителя (за счет энергии, накопленной в сглаживающих конденсаторах выпрямителя) целесообразен мгновенный переход на электропитание от резервного ввода. Этим исключаются излишние переключения и обеспечиваются лучшие условия работы регулируемого электропривода.
В схемах на фиг.1-3 использована часть элементов схемы, показанных на фиг.4 и описанных выше. В схемах на фиг.1-3 выбор приоритетного и резервного вводов фиксирован: ввод А является приоритетным, а ввод Б - резервным. Блок 5 обеспечивает включение ключа 4 (и, следовательно, переход на резервное электропитание) в соответствии с сигналом о величине контролируемого напряжения, поступающим от блока 6. Как и в схеме на фиг.4 в случае использования в блоке 6 одного датчика (переменного или постоянного напряжения) блок 5 производит включение ключа 4 при снижении напряжения на своем информационном входе, ниже заданного уровня, а в случае использования двух датчиков (переменного и постоянного напряжения) - в зависимости от сочетания напряжений, измеренных указанными датчиками. При этом устройства по фиг.1-3 переключаются на резервное питание аналогично описанному выше для схемы на фиг.4. При переходе на питание от резервного ввода выпрямитель, питающийся от приоритетного ввода, запирается встречным напряжением другого выпрямителя.
Возврат к приоритетному вводу при восстановлении на нем напряжения во всех описанных случаях может осуществляться, например, следующим
образом. Блок 5 управления анализирует данные от блока контроля, подключенного к выпрямителю приоритетного ввода, и при достижении, по меньшей мере, одним из контролируемых напряжений значения, равного, например, 95% его номинального значения, выдает в схемах по фиг.1-3 команду на размыкание ключа постоянного тока в цепи резервного питания, а в схеме по фиг.4 вначале выдает команду на замыкание ключа постоянного тока в цепи приоритетного электропитания, а затем - команду на размыкание ключа постоянного тока в цепи резервного питания.
Блок управления может быть выполнен на основе программируемого контроллера, а ключ постоянного тока - на основе тиристора с принудительным запиранием или тиристора с естественной коммутацией. Размыкание ключа постоянного тока на основе тиристора может осуществляться за счет его естественной коммутации без выдачи блоком 5 команды на размыкание.
В частных случаях блок контроля может содержать и другую комбинацию датчиков, включающую, например, датчик тока соответствующего выпрямителя, а блок управления - принимать решения и выдавать команды переключения на резерв и обратно по результатам более сложного анализа данных, содержащихся в сигнале, поступающем на информационный вход.
Как видно из изложенного, полезная модель позволяет исключить бесконтрольное переключения электропитания преобразователя с ввода на ввод при колебаниях напряжения на вводах, осуществить при монтаже оборудования или в процессе эксплуатации выбор приоритетного ввода, и обеспечить автоматическое переключение с него на резервный и обратно по заданным критериям.