УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к частотно регулируемым электроприводам, в частности, к преобразователям частоты со звеном постоянного тока и инвертором напряжения с широтно-импульсной модуляцией.
Известно устройство для регулирования частоты вращения нескольких асинхронных электродвигателей, содержащее общее звено постоянного тока с нереверсивным выпрямителем и индивидуальные инверторы напряжения по количеству электродвигателей (см. Модернизация электротехнического комплекса производства резиновых смесей // Труды V Международной (16 всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. 2007. стр.406-407).
Недостатком известного устройства является низкая надежность из-за взаимного влияния электроприводов в динамических режимах и неприменимость для устройств общепромышленного назначения ввиду объектно-ориентированного исполнения на конкретный технологический процесс регулирования.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является устройство управления двигателями переменного тока, содержащее два преобразователя частоты для индивидуального питания двигателя большой и малой мощности, каждый из которых содержит выпрямитель, емкостной фильтр и инвертор напряжения, при этом входы преобразователей частоты 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 преобразователя частоты двигателя большой мощности, второй выход - с управляющим входом инвертора напряжения преобразователя частоты двигателя малой мощности (см. пат. РФ №112539, Н02Р 27/04).
Недостатком указанного устройства является невысокий коэффициент полезного действия. Это обусловлено тем, что для поддержания механической энергии маховика на заданном уровне двигатель большой мощности потребляет электрическую энергию от источника электроснабжения. Кроме того, процесс двойного преобразования электрической энергии при передаче ее от емкостного фильтра преобразователя частоты маховика через дополнительный инвертор, емкостной фильтр переменного тока и дополнительный выпрямитель к емкостному фильтру преобразователя частоты двигателя ответственного механизма (двигателя малой мощности) снижает надежность известного устройства.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении коэффициента полезного действия устройства управления двигателями переменного тока.
Поставленная задача достигается тем, что в устройстве управления двигателями переменного тока, содержащем два преобразователя частоты для индивидуального питания двигателя большой и малой мощности, каждый из которых содержит выпрямитель, емкостной фильтр и инвертор напряжения, при этом входы преобразователей частоты 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 преобразователя частоты двигателя большой мощности, второй выход - с управляющим входом инвертора напряжения преобразователя частоты двигателя малой мощности, согласно изменению, оно снабжено первым и вторым датчиками напряжения, тиристорным ключом, анод которого подключен к плюсовому выводу емкостного фильтра преобразователя частоты двигателя большой мощности, а катод - к плюсовому выводу емкостного фильтра преобразователя частоты двигателя малой мощности, управляющий вход тиристорного ключа подключен к третьему выходу блока управления, при этом минусовой вывод емкостного фильтра преобразователя частоты двигателя большой мощности соединен с минусовым выводом емкостного фильтра преобразователя частоты двигателя малой мощности, входы первого датчика напряжения подключены к емкостному фильтру преобразователя частоты двигателя большой мощности, а выход - к третьему входу блока управления, входы второго датчика напряжения подключены к емкостному фильтру преобразователя частоты двигателя малой мощности, а выход - к четвертому входу блока управления.
Технический результат заключается в повышение надежности устройства, за счет обеспечения работоспособности электропривода большой мощности и ответственного электропривода малой мощности при кратковременном нарушении электроснабжения.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства управления двигателями переменного тока.
Заявляемое устройство содержит два преобразователя частоты 1 и 2 для индивидуального питания двигателя большой 3 и малой 4 мощности. Каждый из преобразователей частоты содержит выпрямитель 5, емкостной фильтр 6 и инвертор напряжения 7, при этом входы преобразователей частоты 1 и 2 подключены к общему источнику электроснабжения 8. Устройство также содержит блок управления 9, первый вход которого соединен с датчиком технологического параметра 10, а второй - с датчиком сигнализации нарушения электроснабжения 11, который подключен к источнику электроснабжения 8. При этом первый выход блока управления 9 соединен с управляющим входом инвертора напряжения 7 преобразователя частоты 1 двигателя большой мощности 3, второй выход - с управляющим входом инвертора напряжения 7 преобразователя частоты 2 двигателя малой мощности 4. Устройство дополнительно снабжено первым 12 и вторым 13 датчиками напряжения, тиристорным ключом 14, анод которого подключен к плюсовому выводу емкостного фильтра 6 преобразователя частоты 1 двигателя большой мощности 3, а катод - к плюсовому выводу емкостного фильтра 6 преобразователя частоты 2 двигателя малой мощности 4. Управляющий вход тиристорного ключа 14 подключен к третьему выходу блока управления 9. Минусовой вывод емкостного фильтра 6 преобразователя частоты 1 двигателя большой мощности 3 соединен с минусовым выводом емкостного фильтра 6 преобразователя частоты 2 двигателя малой мощности 4. Входы первого датчика напряжения 12 подключены к емкостному фильтру 6 преобразователя частоты 1 двигателя большой мощности 3, а выход - к третьему входу блока управления 9. Входы второго датчика напряжения 13 подключены к емкостному фильтру преобразователя частоты 2 двигателя малой мощности 4, а выход - к четвертому входу блока управления 9.
Отличительной особенностью заявляемого технического решения является то, что при кратковременном нарушении электроснабжения электропривод малой мощности получает электропитание от работающего электропривода большой мощности, который обладает большой инерционностью, т.е. большим запасом механической энергией. Кроме того, благодаря тиристорному ключу, практически мгновенно, без процесса двойного преобразования происходит передача электрической энергии от емкостного фильтра преобразователя частоты большой мощности к емкостному фильтру преобразователя частоты малой мощности.
Устройство управления двигателями переменного тока работает следующим образом.
В рабочем режиме эксплуатации сигнал с датчика сигнализации нарушения электроснабжения 11 отсутствует. Блок управления 9 по сигналу с датчика технологического параметра 10 формирует необходимые сигналы управления выходной частоты и выходного напряжения для инверторов напряжения 7 преобразователя частоты 1 и преобразователя частоты 2, обеспечивая поддержание заданного технологического параметра. Питание двигателя 3 и 4 осуществляется от общего источника электроснабжения 8 через индивидуальные преобразователи частоты 1 и 2. В нормальном режиме эксплуатации оба электропривода работают в двигательном режиме, без передачи электрической энергии от электропривода большой мощности к электроприводу малой мощности.
При кратковременном нарушении электроснабжения по сигналу с датчика сигнализации 11 блок управления 9 переводит регулирование преобразователями частоты 1 и 2 в аварийный режим, отключая управления по технологическому параметру. При этом электропривод двигателя большой мощности 3 по сигналу с блока управления 9 переводится в генераторный режим, при котором часть механической энергии преобразуется в электрическую энергию. Режим эксплуатации двигателя малой мощности 4 остается двигательный. В аварийном режиме напряжение на емкостном фильтре 6 преобразователя частоты 1 повышается, а напряжение на емкостном фильтре 6 преобразователя частоты 2 понижается. Блок управления 9 через датчики напряжения 12 и 13 контролирует напряжение на емкостных фильтрах 6 преобразователя частоты 1 и 2. При достижении условия, что напряжение на емкостном фильтре 6 преобразователя частоты 1 равно или больше напряжения на емкостном фильтре 6 преобразователя частоты 2 тиристорный ключ 14 открывается. В течение короткого промежутка времени нарушения электроснабжения осуществляется передача части электрической энергии от электропривода большой мощности к электроприводу малой мощности, сохраняется устойчивая работа обоих электроприводов.
После снятия сигнала о кратковременном нарушении электроснабжения с выхода датчика сигнализации 11, блок управления 9 переводит преобразователи частоты 1 и 2 в рабочий режим - управление по технологическому параметру с датчика 10, при этом двигатели 3 и 4 получают питание от источника электроснабжения 8 через индивидуальные преобразователи частоты 1 и 2.
Таким образом, заявляемое устройство имеет высокий коэффициент полезного действия, так как для обеспечения непрерывности электропитания особо ответственных потребителей при кратковременном нарушении электроснабжения, электропривод малой мощности получает питание не от специального электромеханического накопителя энергии, а от работающего электропривода большой мощности, который обладает достаточным запасом активной энергии. Передача электрической энергии от емкостного фильтра преобразователя частоты большой мощности к емкостному фильтру преобразователя частоты малой мощности осуществляется через тиристорный ключ. Надежность устройства с тиристорным ключом, благодаря его простоте выше, чем надежность устройства с двойным процессом преобразования электрической энергии при ее передаче.