СТЕНД С ДИСТАНЦИОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ, ОБЪЕДИНЕННЫХ ПО СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Предлагаемое техническое решение относится к электротехнике, в частности, к системам электропривода и может быть использовано для научных исследований промышленных комплексов, электрифицированных транспортных и грузоподъемных механизмов с частотно - регулируемыми электроприводами различной мощности, работающих от общей сети постоянного тока, а также как испытательный комплекс для стендовых испытаний асинхронных электрических двигателей. Информационно - измерительная система, входящая в состав стенда, позволяет использовать его в учебном процессе при подготовке специалистов электротехнического профиля, включая программы индивидуально - дистанционного обучения через сети интернет.
Известен стенд для исследования частотно-регулируемых систем электропривода с дистанционным управлением [заявка на полезную модель №2012133948, патент №125718, опубликован 10.03.2013], используемый как прототип.
Прототип содержит электромеханический блок в состав которого входят асинхронный двигатель и асинхронная нагрузочная машина, а также два преобразователя частоты, которые управляют нагрузочной машиной и электродвигателем, валы которых соединены в одной оси. В различных участках силовой электронной схемы включены датчики мгновенных значений напряжения и тока. Измеренные величины преобразовываются в цифровой сигнал с помощью цифрового осциллографа входящего в состав стенда, который передает эти данные в электронно-вычислительную машину. Электронно-вычислительная машина управляет работой преобразователей частоты, а также выводит информацию об измеренных значениях на различные устройства вывода и отображения информации в виде осциллограмм и цифровых индикаторов. Посредством электронно-вычислительной машины организуется связь по проводным или беспроводным информационным сетям с удаленным рабочим местом, с помощью которого также можно управлять стендом и получать всю принятую электронно-вычислительной машиной информацию.
Недостатки прототипа заключаются в следующем:
1. При работе асинхронной машины в режиме торможения генерируется энергия, которая накапливается на конденсаторе фильтра звена постоянного тока. Если при этом запасенная энергия не потребляется другими устройствами, питающимися от сети постоянного тока, то напряжение на элементах превышает номинальное значение и как следствие происходит выход из строя элементов силовой электронной схемы. Это происходит из-за отсутствия возможности рекуперации избытка энергии в питающую сеть, а также элементов защиты устройства;
2. При работе инверторов напряжения во входных и выходных силовых цепях генерируются высокочастотные пульсации, которые отрицательно влияют на работу других электроустановок. Это происходит из-за отсутствия в составе стенда входных и выходных фильтров;
3. Стенд прототип не может работать больше чем с двумя инверторами напряжения. Это вызвано отсутствием возможности подключения дополнительных устройств, как к силовым цепям, так и к системе управления.
Задачей полезной модели является создание стенда с дистанционным управлением для исследования частотно-регулируемых систем электроприводов, объединенных по сети постоянного тока.
Технический результат от решения поставленной задачи заключается в снижении, до минимального, уровня высокочастотных пульсаций генерируемых при работе инверторов напряжений и реализации возможности подключения дополнительных устройств. При этом рационально используется, вырабатываемая электроприводами, энергия и установка защищена от перенапряжений.
Решение поставленных задач достигается тем, что введены шины постоянного тока к которым подключены входы рекуператора, второго инвертора напряжения и дополнительных первого и второго инверторов напряжения, а выходы первого и второго инверторов напряжения соответственно подключены к асинхронному двигателю и нагрузочной асинхронной машине дополнительного электромеханического блока, причем выход рекуператора соединен с входом диодного выпрямителя и через сетевой L-фильтр подключен к питающей сети, кроме этого к шинам постоянного тока через ключ подключен балластный резистор, при этом каждый инвертор напряжения и рекуператор, управляются индивидуально по общей шине управления. Кроме этого, количество электромеханических блоков может быть более двух, а управление группами инверторов напряжения осуществляется по индивидуальным шинам управления.
Устройство стенда с дистанционным управлением для исследования частотно-регулируемых систем электропривода, объединенных по сети постоянного тока, представлено на фиг. Он состоит из следующих элементов: 1 - питающая сеть; 2 - сетевой L-фильтр; 3 - рекуператор; 4 - датчики рекуператора; 5 - шины постоянного тока; 6 - датчики инвертора напряжения 10; 7 - шина управления; 8 - LC-фильтр звена постоянного тока; 9 -транзисторный модуль; 10 - первый инвертор напряжения; 11 - L-фильтр инвертора напряжения 10; 12 - датчики выхода инвертора напряжения 10; 13 - электромеханический блок; 14 - асинхронный двигатель блока 13; 15 - диодный выпрямитель; 16 - датчики диодного выпрямителя; 17 - датчики инвертора напряжения 18; 18 - второй инвертор напряжения; 19 - L-фильтр инвертора напряжения 18; 20 - датчики выхода инвертора напряжения 18; 21 - асинхронная нагрузочная машина блока 13; 22 - балластный резистор; 23 - ключ; 24 - датчики балластного резистора; 25 - датчики инвертора напряжения 26; 26 - дополнительный первый инвертор напряжения; 27 - L-фильтр инвертора напряжения 26; 28 - датчики выхода инвертора напряжения 26; 29 - дополнительный электромеханический блок; 30 - асинхронный двигатель блока 29; 31 - датчики инвертора напряжения 32; 32 - дополнительный второй инвертор напряжения; 33 - L-фильтр инвертора напряжения 32; 34 - датчики выхода инвертора напряжения 32; 35 - асинхронная нагрузочная машина блока 29; 36 - цифровой осциллограф; 37 - устройства ввода информации; 38 - электронно-вычислительная машина; 39 - устройства вывода и отображения информации; 40 - удаленное рабочее место.
Элементы устройства соединены следующим образом.
К питающей сети присоединен фильтр 2, к выходу которого параллельно присоединены рекуператор и диодный выпрямитель. К выходу рекуператора присоединены датчики 4, выход которых подключен к шинам постоянного тока. К выходу диодного выпрямителя присоединены датчики 16, выход которых подключен к шинам постоянного тока. Балластный резистор, ключ и датчики балластного резистора соединены последовательно, а выход датчиков 24 присоединен к шинам постоянного тока. Фильтр 8 и транзисторный модуль 9 соединены последовательно и образуют инвертор напряжения 10. Инверторы напряжения 18, 26 и 32 идентичны инвертору 10. Вход датчиков 6 присоединен к шинам постоянного тока, а к выходу последовательно присоединены инвертор напряжения 10, фильтр 11, датчики 12 и асинхронный двигатель 14. Вход датчиков 17 присоединен к шинам постоянного тока, а к выходу последовательно присоединены инвертор напряжения 18, фильтр 19, датчики 20 и асинхронная нагрузочная машина 21. Вход датчиков 25 присоединен к шинам постоянного тока, а к выходу последовательно присоединены инвертор напряжения 26, фильтр 27, датчики 28 и асинхронный двигатель 30. Вход датчиков 31 присоединен к шинам постоянного тока, а к выходу последовательно присоединены инвертор напряжения 32, фильтр 33, датчики 34 и асинхронная нагрузочная машина 35. Асинхронный двигатель 14 и нагрузочная машина 21 соединены одним валом и образуют электромеханический блок 13. Асинхронный двигатель 30 и нагрузочная машина 35 соединены одним валом и образуют электромеханический блок 29. Измерительные выходы датчиков 4, 16 и 24 подключены к одной информационной шине, которая присоединена к одному из входов цифрового осциллографа. Измерительные выходы датчиков 6, 17, 25 и 31 подключены к одной информационной шине, которая присоединена к одному из входов цифрового осциллографа. Измерительные выходы датчиков 12, 20, 28 и 34 подключены к одной информационной шине, которая присоединена к одному из входов цифрового осциллографа. Цифровой осциллограф подключен к электронно-вычислительной машине. Управляющие входы рекуператора 3 и инверторов напряжения 10, 18, 26 и 32 подключены к шине управления 7, которая присоединена к электронно-вычислительной машине. Устройства ввода информации присоединены к электронно-вычислительной машине, устройства вывода и отображения информации присоединены к электронно-вычислительной машине. Удаленное рабочее место также присоединено к электронно-вычислительной машине.
Устройство (фиг.) работает следующим образом.
Напряжение питающей сети через фильтр 2 поступает на входы рекуператора и диодного выпрямителя. Диодный выпрямитель преобразует систему синусоидальных напряжений на входе в постоянный ток и через датчики 16 питает шины постоянного тока. Избыток энергии сети постоянного тока через датчики 4 поступает на рекуператор, который преобразует его в систему синусоидальных напряжений синхронных с питающей сетью. Если напряжение на шинах постоянного тока достигает порогового значения, то включается ключ 23 и избыток энергии через датчики 24, ключ 23, поступает на балластный резистор, где рассеивается в виде тепла. Напряжение на шинах постоянного тока через датчики 6 поступает на вход инвертора напряжения 10, где оно фильтруется с помощью фильтра 8 и преобразуется в систему синусоидальных напряжений требуемой частоты при помощи транзисторного модуля 9. Инвертор напряжения 18 совместно с датчиками 17, инвертор напряжения 26 совместно с датчиками 25 и инвертор напряжения 32 совместно с датчиками 31 работают аналогично инвертору напряжения 10 совместно с датчиками 6. С выхода инвертора напряжения 10 система синусоидальных напряжений фильтруется фильтром 11 и через датчики 12 питает асинхронный двигатель 14. Нагрузочная машина 21 и асинхронный двигатель 14 соединены валами в одной оси и образуют электромеханический блок 13. Инвертор напряжения 18 через фильтр 19 и датчики 20 питает асинхронную нагрузочную машину 21. Дополнительный электромеханический блок 29 совместно с инверторами напряжения 26 и 32 работает аналогично блоку 13 и инверторам напряжения 10 и 18. Шины постоянного тока 5, позволяют подключать к шинам постоянного тока дополнительные инверторы напряжения. Датчики 4, 6, 12, 16, 17, 20, 24, 25, 28, 31 и 34 включены в различные участки силовой электронной схемы, и измеряют мгновенные значения напряжения и тока, которые преобразуются в цифровую форму цифровым осциллографом и поступают в электронно-вычислительную машину. Контроль и управление инверторами напряжения 10, 18, 26 и 32, а также рекуператором 3 осуществляется электронно-вычислительной машиной 38. С устройств ввода информации 37 поступают управляющие воздействия, согласно которым электронно-вычислительная машина обрабатывает поступающую на ее входы информацию, выводит ее на устройства вывода и отображения информации 39, а также вырабатывает управляющие воздействия требуемые для работы стенда. Для контроля и управления стендом с удаленного рабочего места 40, электронно-вычислительной машиной организуется связь по проводным или беспроводным информационным сетям. Шина управления 7, позволяет подключать к стенду дополнительные инверторы напряжения и управлять ими.
Наиболее целесообразной областью применения стенда являются научные исследования и стендовые испытания частотно-регулируемых систем электроприводов различной мощности питаемых от шин постоянного тока, а также общеобразовательные учреждения, на базе которых осуществляется подготовка специалистов электротехнической направленности, включая программы индивидуально - дистанционного обучения через сети интернет.