ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С РЕЗЕРВНЫМ ПИТАНИЕМ ОТ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ

Предложение относится к электротехнике, а именно, к электроприводам, использующим аккумуляторные батареи для обеспечения работы ответственных механизмов при исчезновении напряжения питающей сети. Предлагаемый электропривод может быть использован для повышения надежности ответственных механизмов в установках по производству электроэнергии, в нефтяной, газовой, химической, добывающей и др. отраслях промышленности.
Повышение надежности питания ответственных механизмов может быть обеспечено при помощи источников бесперебойного питания (ИБП), в частности ИБП с двойным преобразованием [1]. ИБП содержит последовательно соединенные выпрямитель и инвертор, к выходу второго из которых подключена нагрузка, и батарею аккумуляторов, подключенную к выходу выпрямителя. В этом устройстве (электроприводе) вся поступающая из сети переменного тока энергия преобразуется в постоянный ток, из которого при помощи инвертора вновь формируется переменный ток с требуемыми характеристиками. Если напряжение в основной сети становится ниже допустимого, инвертор начинает питаться от батареи. При восстановлении уровня напряжения до нормального выпрямитель опять начинает заряжать батарею и питать инвертор. Недостатки таких устройств: относительно невысокий КПД и, следовательно, высокие эксплуатационные расходы (расход электроэнергии, утилизация выделяемого тепла).
Ближайшим к предлагаемому техническим решением является частотно-регулируемый электропривод, содержащий преобразователь частоты, к звену постоянного тока которого подключена аккумуляторная батарея, а к выходу инвертора - электродвигатель [2]. В таком электроприводе в нормальных режимах работает выпрямитель, а при повреждениях (нарушениях питания) в сети переменного тока питание к инвертору подается от аккумуляторов. В этом случае инвертор может нормально работать в течение 30 мин или более в зависимости от емкости аккумуляторной батареи.
c
В то же время известно, что при работе асинхронного электропривода и питании преобразователя частоты от трехфазной сети переменного тока U=380 В, напряжение на звене постоянного тока преобразователя частоты составляет 520 В. При питании звена постоянного тока от стороннего источника напряжение этого источника для современных преобразователей составляет 400-700 В. Аккумуляторная батарея на такое напряжение в действующих электроустановках создает определенные трудности с точки зрения обслуживания и электробезопасности.
Предложение решает задачу повышения безопасности электроустановки и удобства ее обслуживания при сохранении надежности работы, в том числе при исчезновении напряжения питающей сети.
Технический эффект, возникающий при решении поставленной задачи, заключается в понижении напряжения на элементах аккумуляторной батареи и достигается тем, что в известном частотно-регулируемом электроприводе с резервным питанием от аккумуляторной батареи, содержащем преобразователь частоты, к звену постоянного тока которого подключена аккумуляторная батарея, а к выходу инвертора - электродвигатель, аккумуляторная батарея выполнена в виде отдельных секций, соединенных последовательно через исполнительные цепи контакторов, обладающих свойством «запоминания» последнего управляющего сигнала, при этом к выводам секций аккумуляторной батареи подключены разъемы для диагностики и зарядки аккумуляторных батарей. Аккумуляторная батарея разделяется на отдельные секции с напряжением 60-80 В каждая.
Управляющие цепи контакторов, обладающих свойством «запоминания» последнего управляющего сигнала, подключены к источнику питания через трехпозиционный переключатель.
Предложение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана схема частотно-регулируемого электропривода с резервным питанием от аккумуляторной батареи, а на фиг. 2 - схема включения управляющих цепей контакторов.
Частотно-регулируемый электропривод с резервным питанием от аккумуляторной батареи (фиг. 1) содержит преобразователь частоты, к звену постоянного тока которого подключена аккумуляторная батарея, которая выполнена в виде отдельных секций АБ1, …, АБn, соединенных последовательно через исполнительные цепи (контакты) К1, …, Кn контакторов (например, типа ТКД, ТКЕ…), обладающих свойством «запоминания» последнего управляющего сигнала, при этом к выводам секций батареи подключены штепсельные разъемы ШР1, …, ШРn.
Контактор К (фиг. 2), обладающий свойством «запоминания» последнего управляющего сигнала, содержит в управляющей цепи соединенные последовательно катушку 1 (вывод А) и внутренний двухпозиционный переключатель 2 (выводы Б и В), подключенные к источнику питания (в данном случае к источнику постоянного напряжения 27 В) через трехпозиционный переключатель 3.
Электропривод работает следующим образом.
В рабочем режиме при замкнутых силовых контактах К1, …, Кn к звену постоянного тока преобразователя частоты подключена единая батарея аккумуляторов с общим напряжением 400-700 В. При установке переключателя 3 в положение I катушка контактора подключена к источнику питания 27 В, при этом силовой контакт контактора (например, контакт К1 на фиг. 1) замкнут.При исчезновении напряжения сети инвертор может продолжить работу от аккумуляторов, поскольку силовые контакты К1, …, Кn остаются замкнутыми.
Управляющие цепи контакторов работают следующим образом. Особенностью контакторов, обладающий свойством «запоминания» последнего управляющего сигнала, является то, что его внутренний переключатель механически сблокирован с силовым контактом, а именно: если внутренний переключатель 2 находится в положении «Б», то силовой контакт контактора замкнут.И наоборот, если внутренний переключатель находится в положении «В», то силовой контакт контактора разомкнут.
Таким образом, если трехпозиционйый переключатель 3 находится в положении «0», а внутренний переключатель 2 контактора в положении «Б», то катушка контактора отключена от источника питания и силовой контакт (например, К1) разомкнут.
При переводе трехпозиционного переключателя 3 в положение «I» осуществляется питание катушки напряжением 27 В, силовой контакт К1 замыкается, при этом внутренний переключатель 2 контактора переключается в положение В и силовой контакт К1 размыкается. Переключением трехпозиционного переключателя 3 в положение «II» подается питание на катушку, что приводит к установке внутреннего переключателя 2 в положение Б. Катушка контактора опять отключена от источника питания и силовой контакт остается разомкнутым.
Таким образом, при снятии напряжения питающей сети при разомкнутых силовых контактах К1, …, Кn образуется набор секций аккумуляторных батарей АБ1, …, АБn с напряжением, не превышающим 60-80 В на каждой секции. Тем самым затруднения с электробезопасностью и обслуживанием установки существенно уменьшаются, в этом случае можно пользоваться разъемами ШР1, …, ШРn для диагностики и зарядки аккумуляторов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Агафонов А.И., Пивкин А.Г. Состояние и основные направления развития систем бесперебойного электропитания радиоэлектронных средств // Электропитание: науч.-техн. сборник. Выпуск 5. М., 2003, с. 30-38.
2. Мэрфи Д. Тиристорное управление двигателями переменного тока: Пер. с англ. - М.: Энергия, 1979, с. 188-189.