УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВУХСКОРОСТНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ДУТЬЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в электроприводах дутьевых вентиляторов котельного агрегата.
Известно устройство для управления асинхронным двухскоростным электродвигателем, содержащее первый и второй коммутационные аппараты, входы которых подключены к источнику электроснабжения, при этом выходы первого коммутационного аппарата подключены к статорным обмоткам электродвигателя, которые соединены в треугольник, а выходы второго коммутационного аппарата подключены к статорным обмоткам электродвигателя, соединенные в двойную звезду (см. а.с. 1050085, Н02Р 7/48).
Недостатком известного устройства является низкий коэффициент полезного действия 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 с переключением обмоток статора с двойной звезды в треугольник и наоборот не позволяет получить максимального значения коэффициента полезного действия дутьевого вентилятора во всем диапазоне регулирования производительности.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является устройство управления 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. пат. РФ №2280314, Н02Р 5/00).
Недостатком данного устройства является низкий коэффициент полезного действия дутьевого вентилятора в связи с тем, что регулирование его производительности осуществляется аналогично вышеописанному устройству, а именно, методом дросселирования и изменением скорости вращения двухскоростного электродвигателя на четверть при переключении с обмотки высокой скорости на обмотку низкой скорости и наоборот.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении коэффициента полезного действия дутьевого вентилятора за счет того, что весь общий диапазон регулирования производительности последнего разделен на несколько диапазонов с максимальными значениями коэффициентов полезного действия.
Поставленная задача достигается тем, что устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата, 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 электродвигателя, согласно изменению, снабжено блоком управления, блоком задания количества подаваемого воздуха, датчиком количества подаваемого воздуха, преобразователем частоты, силовой вход которого подключен к источнику электроснабжения, а силовой выход - к выходу второго коммутационного аппарата, 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.
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. При этом входы коммутационных аппаратов 3 и 4 подключены к источнику электроснабжения 5. Выход первого коммутационного аппарата 3 подключен к выводу обмотки низкой скорости 6 электродвигателя 1, а выход второго 4 - к выводу обмотки высокой скорости 7. Устройство управления дополнительно снабжено блоком управления 8, блоком задания количества подаваемого воздуха 9, датчиком количества подаваемого воздуха 10, преобразователем частоты 11. Силовой вход преобразователя частоты 11 подключен к источнику электроснабжения 5, а силовой выход - к выходу второго коммутационного аппарата 4. Первый и второй выходы блока управления 8 соединены с управляющими входами соответственно первого 3 и второго 4 коммутационных аппаратов. Третий выход блока управления 8 соединен с управляющим входом преобразователя частоты 11, а четвертый его выход - с управляющим входом электропривода (на чертеже не показан) направляющего аппарата 12 вентилятора 2. При этом первый вход блока управления 8 подключен к блоку задания количества подаваемого воздуха 9, второй его вход - к датчику количества подаваемого воздуха 10, а третий вход блока управления 8 соединен с информационным выходом преобразователя частоты 11.
Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что при изменении производительности дутьевого вентилятора во всем общем диапазоне регулирования обеспечивается максимальный коэффициент полезного действия дутьевого вентилятора котельного агрегата за счет энергосберегающего управления двухскоростным электродвигателем и ресурсов регулируемого электропривода.
Кроме того заявляемое устройство позволяет при аварийном отключении преобразователя частоты сохранить работоспособность дутьевого вентилятора и котельного агрегата в целом.
зад
Устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата работает следующим образом. Блок задания количества подаваемого воздуха 9 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, примерно равного половине номинальной нагрузки. При этом дутьевой вентилятор 2 длительное время может работать с постоянной производительностью или с ее малыми изменениями.
зад
Рассмотрим четыре диапазона регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 в зависимости от заданной производительности Q.
ВС мин
ВС макс
ВС макс
ВС мин
ВС макс
зад
ВС макс
ВС мин
зад
ВС мин
зад
ВС мин
В первом диапазоне регулирования производительность дутьевого вентилятора 2 изменяется в пределах Q≤Q≤Q. Где Q, Q - максимальная и минимальная производительности дутьевого вентилятора 2, работающего на высокой скорости электродвигателя 1. Со второго выхода блока управления 8 на второй коммутационный аппарат 4 поступает сигнал на его включение. При этом на вывод обмотки высокой скорости 7 подается напряжение источника электроснабжения 5, двухскоростной электродвигатель 1 работает на высокой скорости. При максимальной производительности Q дутьевого вентилятора 2 с четвертого выхода блока управления 8 на электропривод направляющего аппарата 12 поступает сигнал на «полное открытие» последнего. При изменении задания производительности Q дутьевого вентилятора 2 от максимального Q до минимального Q значения с четвертого выхода блока управления 8 на электропривод направляющего аппарата 12 подается сигнал, который изменяет состояние последнего из полного открытого в частично закрытое состояние. По сигналу обратной связи с датчика количества подаваемого воздуха 10 и сигналу задания количества подаваемого воздуха с блока 9 блок управления 8 изменяет положение лопаток направляющего аппарата 12, обеспечивая заданную производительность Q дутьевого вентилятора 2. Нижняя граница первого диапазона регулирования производительности Q дутьевого вентилятора 2 выбирается так, чтобы его коэффициент полезного действия примерно соответствовал максимальному значению. При снижении задания производительности Q дутьевого вентилятора 2 меньше, чем Q, работа двухскоростного электродвигателя 1 переводится во второй диапазон регулирования.
НС макс
QВС мин
НС макс
НС макс
зад
ВС мин
зад
НС макс
Во втором диапазоне регулирования производительность дутьевого вентилятора 2 изменяется в пределах Q<Q<. Где Q -максимальная производительность дутьевого вентилятора 2 на низкой скорости электродвигателя 1. При переходе с первого диапазона регулирования производительности во второй диапазон - со второго выхода блока управления 8 на второй коммутационный аппарат 4 подается сигнал на его выключение. С четвертого выхода блока управления 8 на электропривод направляющего аппарата 12 подается сигнал на «полное открытие» последнего. Одновременно при изменении задания производительности Q<Q<Q с третьего выхода блока управления 8 на управляющий вход преобразователя частоты 11 поступает управляющий сигнал, который изменяет частоту вращения электродвигателя 1 так, чтобы обеспечить заданную производительность ^зад дутьевого вентилятора 2. Во втором диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 двухскоростной электродвигатель 1 работает от преобразователя частоты 11, который обеспечивает максимальный коэффициент полезного действия дутьевого вентилятора 2 котельного агрегата. При достижении задания производительности Q дутьевого вентилятора 2 значения Q и меньше, работа двухскоростного электродвигателя 1 переводится в третий диапазон регулирования.
НС мин
НС макс
НС мин
зад
НС макс
зад
НС мин
зад
НС мин
В третьем диапазоне регулирования производительность дутьевого вентилятора 2 изменяется в пределах Q≤Q≤Q. Где Q не мин - минимальная производительность дутьевого вентилятора 2 на низкой скорости электродвигателя 1. При переходе со второго диапазона регулирования производительности на третий диапазон - с третьего выхода блока управления 8 на управляющий вход преобразователя частоты 11 подается сигнал - «отключить преобразователь частоты». Одновременно с первого выхода блока управления 8 на первый коммутационный аппарат 3 подается сигнал на его включение. При этом на вывод обмотки низкой скорости 6 подается напряжение источника электроснабжения 5, двухскоростной электродвигатель 1 работает на низкой скорости. При изменении задания производительности Q<Q<Q с четвертого выхода блока управления 8 на электропривод направляющего аппарата 12 вентилятора 2 подается сигнал, который изменяет состояние направляющего аппарата 12 из полного открытого состояния в частично закрытое состояние. По сигналу обратной связи с датчика количества подаваемого воздуха 10 и сигналу задания количества подаваемого воздуха с блока 9 блок управления 8 изменяет положение лопаток направляющего аппарата 12, обеспечивая заданную производительность Q дутьевого вентилятора 2. Нижняя граница третьего диапазона регулирования производительности Q дутьевого вентилятора 2 выбирается так, чтобы его коэффициент полезного действия примерно соответствовал максимальному значению. При снижении задания производительности Q дутьевого вентилятора 2 меньше, чем Q, работа двухскоростного электродвигателя переводится в четвертый диапазон регулирования.
НС мин
зад
НС мин
зад
В четвертом диапазоне регулирования производительность дутьевого вентилятора 2Q<Q. При этом производительность может достигать минимального значения, примерно равного половине номинальной производительности дутьевого вентилятора 2, работающего на высокой скорости. При переходе с третьего диапазона регулирования производительности на четвертый диапазон - с первого выхода блока управления 8 на первый коммутационный аппарат 3 подается сигнал на его выключение. С четвертого выхода блока управления 8 на электропривод направляющего аппарата 12 вентилятора 2 подается сигнал на «полное открытие» направляющего аппарата 12. Одновременно при изменении задания производительности Q<Q с третьего выхода блока управления 8 на управляющий вход преобразователя частоты 11 поступает управляющий сигнал, который изменяет частоту вращения электродвигателя 1 так, чтобы обеспечить заданную производительность Q дутьевого вентилятора 2. В четвертом диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 двухскоростной электродвигатель 1 работает от преобразователя частоты 11, который обеспечивает максимальный коэффициент полезного действия дутьевого вентилятора 2 котельного агрегата.
В рабочем режиме эксплуатации устройства управления двухскоростным электродвигателем 1 блок управления 8 выбирает один из четырех диапазонов (алгоритмов) регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 в зависимости от величины сигнала задания Q зад с выхода блока 9. Указанные диапазоны обеспечивают поддержание максимального коэффициента полезного действия дутьевого вентилятора 2 котельного агрегата на всем общем диапазоне регулирования.
зад
Во втором и четвертом диапазонах регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 двухскоростной электродвигатель 1 работает на обмотке высокой скорости 7 от преобразователя частоты 11. В аварийном режиме, когда происходит отключение преобразователя частоты 11, с его информационного выхода на третий вход блока управления 8 поступает сигнал «авария преобразователя частоты». Блок управления 8 переводит работу двухскоростного электродвигателя 1 в аварийный режим регулирования. При этом блок управления 8 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 дутьевого вентилятора 2 при этом снижается, так как регулирование производительности осуществляется методом дросселирования, однако при этом сохраняется работоспособность дутьевого вентилятора 2 и котельного агрегата в целом.
зад
После снятия сигнала «авария преобразователя частоты» блок управления 8 восстанавливает рабочий режим эксплуатации устройства управления двухскоростным электродвигателем 1. В зависимости от величины сигнала задания Q выбирается один из четырех диапазонов (алгоритмов) регулирования производительности дутьевого вентилятора 2.
Таким образом, устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата позволяет повысить коэффициент полезного действия дутьевого вентилятора за счет того, что в рабочем режиме эксплуатации выбирается один из четырех диапазонов регулирования производительности дутьевого вентилятора с максимальным значением коэффициента полезного действия. Кроме того, заявляемое устройство обладает высокой надежностью, так как при аварийном отключении преобразователя частоты сохраняется работоспособность дутьевого вентилятора и котельного агрегата в целом.