ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТВЕТСТВЕННОГО МЕХАНИЗМА

Полезная модель относится к преобразователям частоты со звеном постоянного тока и инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией и может быть использована в электроприводах ответственных механизмов непрерывного действия, технологические режимы которых не допускают внеплановых остановок при кратковременном нарушении электроснабжения.
Известен преобразователь частоты, состоящий из двух выпрямителей, входы которых подключены к разным источникам электроснабжения, а выходы попарно объединены и подключены к входам емкостного фильтра, причем выходы последнего соединены с входами инвертора напряжения, к выходам которого подключен электродвигатель ответственного механизма (см. пат. РФ №32333, Н02Р 5/00).
Недостатком известного преобразователя частоты является невысокий коэффициент полезного действия, в связи с тем, что имеют место электрические и магнитные потери энергии в резервном источнике электроснабжения. Кроме того, указанное устройство имеет низкую надежность из-за бесконтрольного переключения электропитания преобразователя частоты с одного ввода электропитания на другой при колебаниях напряжения на вводах электропитания или динамическом изменении потребления тока инвертором.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является преобразователь частоты для электродвигателя ответственного механизма, содержащий первый выпрямитель, емкостной фильтр, инвертор напряжения и второй выпрямитель, при этом входы выпрямителей подключены к общему источнику электроснабжения, блок управления, первый вход которого соединен с датчиком технологического параметра, а второй - с датчиком сигнализации нарушения электроснабжения, который подключен к источнику электроснабжения, при этом первый выход блока управления соединен с управляющим входом инвертора напряжения (см. пат. РФ №112539, Н02Р 27/04).
Недостатком указанного устройства является невысокий коэффициент полезного действия. Это обусловлено тем, что в процессе поддержания механической энергии маховика на заданном уровне в электродвигателе маховика имеют место электрические, магнитные и механические потери энергии. Кроме того, снижается надежность указанного устройства в процессе многократного преобразования энергии как при ее накоплении и сохранении в маховике, так и при ее рекуперации в электродвигатель ответственного механизма.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении коэффициента полезного действия преобразователя частоты для электродвигателя ответственного механизма.
Поставленная задача достигается тем, что в преобразователе частоты для электродвигателя ответственного механизма, содержащем первый выпрямитель, емкостной фильтр, инвертор напряжения и второй выпрямитель, при этом входы выпрямителей подключены к общему источнику электроснабжения, блок управления, первый вход которого соединен с датчиком технологического параметра, а второй - с датчиком сигнализации нарушения электроснабжения, который подключен к источнику электроснабжения, при этом первый выход блока управления соединен с управляющим входом инвертора напряжения, согласно изменению, он снабжен первым и вторым датчиками напряжения, диодом, суперконденсатором, зарядно-разрядным устройством, входы которого присоединены к выходам второго выпрямителя, а выходы - к выводам суперконденсатора, плюсовой вывод которого через диод соединен с плюсовым выводом емкостного фильтра, а минусовой вывод - с минусовым выводом емкостного фильтра, при этом управляющий вход зарядно-разрядного устройства подключен ко второму выходу блока управления, входы первого датчика напряжения подключены к емкостному фильтру, а выход - к третьему входу блока управления, входы второго датчика напряжения подключены к суперконденсатору, а выход - к четвертому входу блока управления.
Технический результат заключается в повышении надежности преобразователя частоты, за счет обеспечения работоспособности электродвигателя ответственного механизма при кратковременном нарушении электроснабжения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема преобразователя частоты для электродвигателя ответственного механизма.
Преобразователь частоты для электродвигателя ответственного механизма 1 содержит первый выпрямитель 2, емкостной фильтр 3, инвертор напряжения 4 и второй выпрямитель 5. При этом входы выпрямителей 2 и 5 подключены к общему источнику электроснабжения 6. Преобразователь частоты также содержит блок управления 7, первый вход которого соединен с датчиком технологического параметра 8, а второй - с датчиком сигнализации нарушения электроснабжения 9, который подключен к источнику электроснабжения 6. При этом первый выход блока управления 7 соединен с управляющим входом инвертора напряжения 4. Преобразователь частоты дополнительно снабжен первым 10 и вторым 11 датчиками напряжения, диодом 12, суперконденсатором 13, зарядно-разрядным устройством 14. Причем входы зарядно-разрядного устройства 14 присоединены к выходам второго выпрямителя 5, а выходы - к выводам суперконденсатора 13. Плюсовой вывод суперконденсатора 13 через диод 12 соединен с плюсовым выводом емкостного фильтра 3, а минусовый вывод - с минусовым выводом емкостного фильтра 3. При этом управляющий вход зарядно-разрядного устройства 14 подключен ко второму выходу блока управления 7. Входы первого датчика напряжения 10 подключены к емкостному фильтру 3, а выход - к третьему входу блока управления 7. Входы второго датчика напряжения 11 подключены к суперконденсатору 13, а выход - к четвертому входу блока управления 7.
Отличительной особенностью заявляемого технического решения является то, что при кратковременном нарушении электроснабжения электродвигатель ответственного механизма получает питание от суперконденсатора, который обладает большой емкостью, т.е. большим запасом электрической энергии. Кроме того, благодаря диоду, практически мгновенно, без процесса двойного преобразования происходит передача запасенной электрической энергии от суперконденсатора к емкостному фильтру преобразователя частоты.
Преобразователь частоты для электродвигателя ответственного механизма работает следующим образом.
В рабочем режиме эксплуатации сигнал с датчика сигнализации нарушения электроснабжения 9 отсутствует. Блок управления 7 по сигналу с датчика технологического параметра 8 формирует необходимые сигналы управления выходной частоты и выходного напряжения для инверторов напряжения 4, обеспечивая поддержание заданного технологического параметра. Питание электродвигателя ответственного механизма 1 осуществляется от источника электроснабжения 6 через первый выпрямитель 2, емкостный фильтр 3 и инвертор напряжения 4. Одновременно через второй выпрямитель 5 и зарядно-разрядное устройство 14 осуществляется заряд суперконденсатора 13. При этом блок управления 7 по сигналам первого 10 и второго 11 датчиков напряжения регулирует напряжение на суперконденсаторе 13 таким образом, чтобы оно было всегда чуть меньше чем напряжение на емкостном фильтре 3. В таком режиме диод 12 закрыт, и передача электрической энергии с суперконденсатора 13 на емкостный фильтр 3 отсутствует.
При кратковременном нарушении электроснабжения по сигналу с датчика сигнализации 9 блок управления 7 переводит регулирование преобразователем частоты в аварийный режим - сигналы управления выходной частоты и выходного напряжения для инверторов напряжения 4 остаются неизменными. Напряжение на емкостном фильтре 3 понижается, так как запасенная электрическая энергия емкостного фильтра используется электродвигателемне только для создания магнитного поля машины, но и для преобразования этой энергии в механическую энергию ответственного механизма. При достижении условия, когда напряжение на емкостном фильтре 3 равно или меньше напряжения на суперконденсаторе 14 диод 12 открывается. В течение короткого промежутка времени, пока отсутствует напряжение на источнике электроснабжения 6, осуществляется передача электрической энергии от суперконденсатора большой емкости через диод 12 и инвертор напряжения 4 к электродвигателю 1, при этом сохраняется устойчивая работа ответственного механизма.
После снятия сигнала о кратковременном нарушении электроснабжения с выхода датчика сигнализации 9, блок управления 7 переводит преобразователь частоты в рабочий режим - управление по технологическому параметру с датчика 8. При этом питание электродвигателя ответственного механизма 1 осуществляется от источника электроснабжения 6 через первый выпрямитель 2, емкостный фильтр 3 и инвертор напряжения 4. Зарядно-разрядное устройство 14 по сигналу с блока управления 7 восстанавливает напряжение на суперконденсаторе до заданной величины.
Таким образом, заявляемый преобразователь частоты имеет высокий коэффициент полезного действия, благодаря тому, что накопителем энергии является суперконденсатор большой емкости с малыми потерями. Благодаря отсутствию многократного процесса преобразования энергии надежность заявляемого преобразователя частоты выше.