ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОТВЕТСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ

Полезная модель относится к области регулируемого электропривода и может быть использована в ответственных электроприводах механизмов непрерывного действия, технологические режимы которых не допускают внеплановых остановок при кратковременных нарушениях электроснабжения.
Известно устройство для регулирования частоты напряжения питания электродвигателей переменного тока, содержащее основной и резервный выпрямители, входы которых подключены к основному и резервному вводам электропитания соответственно, а выходы через емкостной фильтр соединены с входами инвертора напряжения, выход которого подключен к двигателю переменного тока (см. патент РФ №32333, Н02P 5/00).
Недостатком известного устройства является низкая надежность бесперебойной работы электропривода при колебаниях напряжения на вводах электропитания или динамическом изменении потребления тока инвертором, что приводит к бесконтрольному переключению электропитания преобразователя частоты с одного ввода электропитания на другой. Кроме того, бесконтрольное переключение создает проблему для других потребителей, подключенных к этим же вводам электропитания, которая проявляется в виде снижения напряжения.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является преобразователь частоты для электропривода непрерывного действия, содержащий основной и резервный выпрямители, выходы которых через емкостной фильтр соединены с входами инвертора напряжения, выход которого подключен к двигателю переменного тока, блок управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с основным и резервным вводами электропитания, а третий и четвертый входы блока управления соединены соответственно с датчиками тока основного и резервного выпрямителей, при этом датчики тока установлены на входах выпрямителей. Указанный аналог может быть использован для электропривода ответственных механизмов (см. патент РФ №120294, Н02M 5/40).
Недостатком данного устройства является низкая надежность бесперебойной работы электропривода, обусловленная наличием сложного электронного оборудования в виде статического компенсатора, установленная мощность которого равна мощности преобразователя частоты, что увеличивает ресурсоемкость известного устройства.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении надежности бесперебойной работы электропривода при одновременном снижении ресурсоемкости заявляемого устройства.
Технический результат, создаваемый полезной моделью, заключается в выравнивании токов основного и резервного выпрямителей путем перераспределения передаваемой электрической энергии с основного или резервного вводов электропитания и передачи малой ее части емкостному фильтру преобразователя частоты по параллельным цепям.
Поставленная задача достигается тем, что преобразователь частоты для электропривода ответственных механизмов, содержащий основной и резервный выпрямители, выходы которых через емкостной фильтр соединены с входами инвертора напряжения, выход которого подключен к двигателю переменного тока, блок управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с основным и резервным вводами электропитания, а третий и четвертый входы блока управления соединены соответственно с датчиками тока основного и резервного выпрямителей, при этом датчики тока установлены на входах выпрямителей, согласно изменению, он снабжен первым и вторым вольтовычитающими трансформаторами и первым и вторым преобразователями постоянного тока в постоянный ток, при этом один конец первой обмотки первого и второго вольтовычитающих трансформаторов подключен соответственно к основному и резервному вводам электропитания, а другой конец указанных обмоток - соответственно к датчикам тока основного и резервного выпрямителей, первый и второй преобразователи постоянного тока в постоянный ток содержат выпрямитель и транзисторный ключ, причем плюсовой вывод выпрямителя подключен к плюсовому выводу емкостного фильтра через последовательно соединенные сглаживающий дроссель и диод, а минусовой вывод выпрямителя подключен к минусовому выводу емкостного фильтра, и между указанными плюсовым и минусовым выводами выпрямителя установлен фильтрующий конденсатор, первый вывод транзисторного ключа подключен к точке соединения сглаживающего дросселя и диода, а его второй вывод подключен к минусовому выводу выпрямителя, управляющий вход транзисторного ключа первого и второго преобразователей постоянного тока в постоянный ток соединен соответственно с первым и вторым выходами блока управления, вход выпрямителя первого и второго преобразователей постоянного тока в постоянный ток подключен ко второй обмотке соответственно первого и второго вольтовычитающих трансформаторов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема преобразователя частоты.
Заявляемое устройство содержит основной 1 и резервный 2 выпрямители. Выходы выпрямителей 1 и 2 через емкостной фильтр 3 соединены с входами инвертора напряжения 4, выход которого подключен к двигателю переменного тока 5. Устройство также содержит блок управления 6, первый и второй входы которого соединены соответственно с основным 7 и резервным 8 вводами электропитания. Третий и четвертый входы блока управления 6 соединены соответственно с датчиками тока 9 и 10 основного 1 и резервного 2 выпрямителей, при этом датчики тока 9 и 10 установлены на входах выпрямителей 1 и 2. Устройство снабжено первым 11 и вторым 12 вольтовычитающими трансформаторами и первым 13 и вторым 14 преобразователями постоянного тока в постоянный ток. Один конец первой обмотки первого 11 и второго 12 вольтовычитающих трансформаторов подключен соответственно к основному 7 и резервному 8 вводам электропитания. Другой конец указанных обмоток - соответственно к датчикам тока 9 и 10 основного 1 и резервного 2 выпрямителей. Первый 13 и второй 14 преобразователи постоянного тока в постоянный ток содержат выпрямитель 15 и транзисторный ключ 16. Причем плюсовой вывод выпрямителя 15 подключен к плюсовому выводу емкостного фильтра 3 через последовательно соединенные сглаживающий дроссель 17 и диод 18, а минусовой вывод выпрямителя 15 подключен к минусовому выводу емкостного фильтра 3. Между указанными плюсовым и минусовым выводами выпрямителя 15 установлен фильтрующий конденсатор 19. Первый вывод транзисторного ключа 16 подключен к точке соединения сглаживающего дросселя 17 и диода 18, а его второй вывод подключен к минусовому выводу выпрямителя 15. Управляющий вход транзисторного ключа 16 первого 13 и второго 14 преобразователей постоянного тока в постоянный ток соединен соответственно с первым и вторым выходами блока управления 6. Вход выпрямителя 15 первого 13 и второго 14 преобразователей постоянного тока в постоянный ток подключен ко второй обмотке соответственно первого 11 и второго 12 вольтовычитающих трансформаторов.
Отличительная особенность заявляемого технического решения заключается в выравнивании токов основного и резервного выпрямителей за счет применения вольтовычитающих трансформаторов и преобразователей постоянного тока в постоянный ток. В результате чего осуществляется перераспределение передаваемой электрической энергии с основного или резервного вводов электропитания и передача малой ее части с помощью преобразователя постоянного тока в постоянный ток емкостному фильтру преобразователя частоты. Применение вольтовычитающего трансформатора и преобразователя постоянного тока в постоянный ток позволяет осуществить одинаковую загрузку основного и резервного выпрямителей, а также существенно упросить схему построения преобразователя частоты и, следовательно, снизить его ресурсоемкость. Это приводит к повышению надежности бесперебойной работы электропривода ответственных механизмов.
Преобразователь частоты работает следующим образом. Блок управления 6 контролирует величину напряжения основного 7 и резервного 8 вводов электропитания и токи датчиков тока 9, 10 основного 1 и резервного 2 выпрямителей. При колебаниях напряжения на вводах электропитания 7, 8 в условиях нормального электроснабжения или при динамическом изменении потребления тока инвертором напряжения 4 блок управления 6 по сигналам с датчиков тока 9 и 10 подает команду «выравнивание токов» первому 13 и второму 14 преобразователям постоянного тока в постоянный ток. Равенство токов основного 1 и резервного 2 выпрямителей достигается при равенстве напряжений на их входах. Последнее обеспечивается благодаря изменению падения напряжения на первой обмотке первого 11 или второго 12 вольтовычитающих трансформаторов. Рекомендуется поддерживать напряжение на входах выпрямителей 1, 2 равное номинальному напряжению или чуть ниже.
Если напряжение на основном вводе электропитания 7 станет больше, чем напряжение на резервном вводе 8, то напряжение и ток на входе основного выпрямителя 1 также станут больше, чем напряжение и ток на входе резервного выпрямителя 2. В этом случае блок управления 6 формирует на своем первом выходе сигнал управления для первого преобразователя постоянного тока в постоянный ток 13, который увеличивает падение напряжения на первой обмотке первого вольтовычитающего трансформатора 11. В результате напряжение на входе основного выпрямителя 1 снижается до напряжения на входе резервного выпрямителя 2, т.е. напряжения на входах выпрямителей 1, 2 выравниваются, а, следовательно, выравниваются и токи выпрямителей 1,2.
Преобразователи постоянного тока в постоянный ток 13 и 14 регулируют падение напряжения на первой обмотке вольтовычитающих трансформаторов 11 и 12 соответственно за счет изменения скважности импульсов сигнала управления транзисторным ключом 16. Указанный сигнал управления формирует блок управления 6. Наличие импульса на управляющем входе транзисторного ключа 16 отпирает последний, а отсутствие импульса - запирает его. При максимальной скважности, когда длительность импульса сигнала управления транзисторным ключом 16 минимальна по отношению к периоду следования этого импульса, выпрямленное напряжение на фильтрующем конденсаторе 19 минимальное, так как оно обусловлено только активным сопротивлением сглаживающего дросселя 17. Напряжение на второй и первой обмотках вольтовычитающих трансформаторов 11 и 12 также минимальное и практически равно нулю. При минимальной скважности, когда длительность импульса сигнала управления транзисторным ключом 16 чуть меньше периода следования этого импульса, выпрямленное напряжение на фильтрующем конденсаторе 19 будет максимальным. В этом случае напряжение на второй обмотке вольтовычитающих трансформаторов 11 и 12 максимальное, падение напряжения на первой обмотке вольтовычитающих трансформаторов 11 и 12 максимальное и может достигать 10% от номинального напряжения на входе основного 1 и резервного 2 выпрямителей соответственно. Таким образом, изменяя скважность импульса сигнала управления транзисторным ключом 16 от максимального до минимального значения, можно регулировать падение напряжения на первой обмотке вольтовычитающих трансформаторов 11 и 12 от минимального значения до максимального значения. При запирании транзисторного ключа 16 диод 18 обеспечивает передачу емкостному фильтру 3 части накопленной электрической энергии в магнитном поле сглаживающего дросселя 17 и электрическом поле фильтрующего конденсатора 18.
В случае снижения напряжения на основном вводе электропитания 7 до заданной минимальной величины блок управления 6 переводит преобразователи постоянного тока в постоянный ток 13 и 14 в аварийный режим. При этом на управляющий вход обоих транзисторных ключей 16 подается сигнал, который удерживает их в открытом состоянии. Падение напряжения на первой обмотке вольтовычитающих трансформаторов 11 и 12 будет минимальное. При этом напряжение на входе резервного выпрямителя 2 станет больше, чем напряжение на входе основного выпрямителя 1, это вызовет запирание вентилей основного выпрямителя 1. Произойдет мгновенный переход на электропитание инвертора напряжения 4 только от резервного ввода электропитания 8. Таким образом, в течение всего времени нарушения электроснабжения по основному вводу электропитания 7 инвертор напряжения 4 получает электропитание от резервного ввода 8, обеспечивая устойчивую работу двигателя переменного тока 5.
В случае снижения напряжения на резервном вводе электропитания 8 до заданной минимальной величины работа заявляемого устройства осуществляется аналогично вышеописанному аварийному режиму.
После восстановления нормального электроснабжения блок управления 6 выдает команду «выравнивание токов» первому 13 и второму 14 преобразователям постоянного тока в постоянный ток и электропитание инвертора напряжения 4 от основного 7 и резервного 8 вводов электропитания осуществляется одновременно.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить надежность бесперебойной работы частотно-регулируемого электропривода ответственных механизмов при колебаниях напряжения на вводах электропитания. Это обусловлено тем, что перераспределение передаваемой электрической энергии и передача малой ее части с основного или резервного вводов электропитания емкостному фильтру преобразователя частоты приводит к выравниванию токов основного и резервного выпрямителей, т.е. к их одинаковой загрузке. Передача емкостному фильтру части электрической энергии осуществляется через вольтовычитающие трансформаторы и преобразователи постоянного тока в постоянный ток, схема построения которых довольно проста, что существенно снижает ресурсоемкость заявляемого устройства. Кроме того, в случае нарушения электроснабжения по одному из вводов электропитания заявляемое устройство обеспечивает автоматическое переключение на другой ввод, что позволяет поддерживать устойчивую работу электропривода ответственных механизмов.