УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДВУХСКОРОСТНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ДУТЬЕВОГО ВЕНТИЛЯТОРА КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в электроприводах дутьевых вентиляторов котельного агрегата.
Известно устройство, в котором вентильно-индукторный электродвигатель через четыре преобразователя частоты питается от двух независимых источников электроснабжения, один из которых основной, другой резервный. В устройстве введены блок автоматического включения резерва, для каждого источника электроснабжения, и блок распределения силового питания, станцию управления двигателя с коммутационной и защитной аппаратурой, датчик положения ротора. При этом электродвигатель выбирают с резервом по мощности, чтобы во время переключения на резервный источник не допустить его остановки (см. патент РФ №53515, H02M 5/40).
Недостатком известного устройства является его низкая надежность в результате того, что оно содержит большое количество преобразователей частоты, в устройство введены дополнительные блоки коммутационной и защитной аппаратуры, при этом электродвигатель специального исполнения с датчиком положения ротора, который является слабым узлом устройства.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является устройство управления двухскоростным электродвигателем, содержащее первый и второй коммутационные аппараты, блок управления, блок задания количества подаваемого воздуха, датчик количества подаваемого воздуха, преобразователь частоты, входы коммутационных аппаратов подключены к источнику электроснабжения, выход первого коммутационного аппарата подключен к выводу обмотки низкой скорости электродвигателя, а выход второго - к выводу обмотки высокой скорости электродвигателя, первый и второй выходы блока управления соединены с управляющими входами соответственно первого и второго коммутационных аппаратов, третий выход блока управления соединен с управляющим входом преобразователя частоты, а четвертый выход - с управляющим входом электропривода направляющего аппарата вентилятора, при этом первый вход блока управления подключен к блоку задания количества подаваемого воздуха, второй его вход - к датчику количества подаваемого воздуха, а третий вход блока управления соединен с информационным выходом преобразователя частоты, силовой вход преобразователя частоты подключен к источнику электроснабжения, которое предназначено для ступенчатого и плавного изменения скорости вращения электродвигателя, в том числе в электроприводах дутьевых вентиляторов котельного агрегата (см. патент РФ №131255, H02P 25/02, H02P 25/18).
Недостатком данного устройства является низкая надежность работы, обусловленная наличием только одного источника электроснабжения, аварийное отключение которого приводит к полной остановке котельного агрегата, кроме того, электропривод дутьевого вентилятора известного устройства имеет очень низкий коэффициент полезного действия при аварийном отключении преобразователя частоты.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении надежности работы электропривода дутьевого вентилятора котельного агрегата.
Технический результат полезной модели заключается в создании условий обеспечивающих автоматическое подключение обмотки низкой скорости двухскоростного электродвигателя через преобразователь частоты малой мощности к резервному источнику электроснабжения, либо автоматическое подключение обмотки высокой скорости двухскоростного электродвигателя через преобразователь частоты к источнику электроснабжения. В рабочем режиме выбор первой или второй группы перечисленных элементов зависит от производительности дутьевого вентилятора. В аварийном режиме - от исправного состояния всех элементов группы. При этом во всем диапазоне регулирования сохраняется высокий коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора котельного агрегата.
Поставленная задача достигается тем, что устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата, содержащее первый и второй коммутационные аппараты, блок управления, блок задания количества подаваемого воздуха, датчик количества подаваемого воздуха, преобразователь частоты, при этом вход первого коммутационного аппарата подключен к источнику электроснабжения, а его выход - к выводу обмотки высокой скорости электродвигателя, вывод обмотки низкой скорости электродвигателя подключен к выходу второго коммутационного аппарата, первый и второй выходы блока управления соединены с управляющими входами соответственно первого и второго коммутационных аппаратов, третий выход блока управления соединен с управляющим входом преобразователя частоты, а четвертый выход - с управляющим входом электропривода направляющего аппарата вентилятора, при этом первый вход блока управления подключен к блоку задания количества подаваемого воздуха, второй его вход - к датчику количества подаваемого воздуха, а третий вход блока управления соединен с информационным выходом преобразователя частоты, силовой вход преобразователя частоты подключен к источнику электроснабжения, а силовой его выход - к выходу первого коммутационного аппарата, согласно изменению, снабжено преобразователем частоты малой мощности и резервным источником электроснабжения, который подключен к входу второго коммутационного аппарата и к силовому входу преобразователя частоты малой мощности, при этом силовой выход последнего подключен к выходу второго коммутационного аппарата, информационный выход и управляющий вход указанного преобразователя соединены соответственно с четвертым входом и пятым выходом блока управления.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата.
Устройство управления двухскоростным электродвигателем 1 дутьевого вентилятора 2 котельного агрегата, содержит первый 3 и второй 4 коммутационные аппараты, блок управления 5, блок задания количества подаваемого воздуха 6, датчик количества подаваемого воздуха 7, преобразователь частоты 8. Вход первого коммутационного аппарата 3 подключен к источнику электроснабжения 9, а его выход - к выводу обмотки высокой скорости 10 электродвигателя 1, при этом вывод обмотки низкой скорости 11 электродвигателя 1 подключен к выходу второго коммутационного аппарата 4. Первый и второй выходы блока управления 5 соединены с управляющими входами соответственно первого 3 и второго 4 коммутационных аппаратов. Третий выход блока управления 5 соединен с управляющим входом преобразователя частоты 8, а четвертый выход - с управляющим входом электропривода направляющего аппарата вентилятора 12. При этом первый вход блока управления 5 подключен к блоку задания количества подаваемого воздуха 6, второй его вход - к датчику количества подаваемого воздуха 7, а третий вход блока управления 5 соединен с информационным выходом преобразователя частоты 8. Силовой вход преобразователя частоты 8 подключен к источнику электроснабжения 9, а силовой его выход - к выходу первого коммутационного аппарата 3. Устройство управления дополнительно снабжено преобразователем частоты малой мощности 13 и резервным источником электроснабжения 14, к которому подключены вход второго коммутационного аппарата 4 и силовой вход преобразователя частоты малой мощности 13. При этом силовой его выход подключен к выходу второго коммутационного аппарата 4. Управляющий вход преобразователя частоты малой мощности 13 соединен с пятым выходом блока управления 5, а информационный его выход - с четвертым входом блока управления 5.
Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что при аварийном отключении находящегося в работе, например, резервного источника электроснабжения, преобразователя частоты малой мощности, обмотки низкой скорости двухскоростного электродвигателя, происходит автоматическое подключение обмотки высокой скорости двухскоростного электродвигателя к источнику электроснабжения через преобразователь частоты и наоборот. Указанная конструктивная особенность, существенно повышает надежность работы заявляемого устройства. При аварийном отключении двух преобразователей частоты и одного из источников электроснабжения сохраняется работоспособность дутьевого вентилятора и котельного агрегата.
зад
Устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата работает следующим образом. Блок задания количества подаваемого воздуха 6 задает производительность Q дутьевого вентилятора 2, которая удовлетворяет заданному соотношению топливо - воздух отопительного котла. В процессе эксплуатации котельного агрегата его производительность может изменяться в широких пределах от максимального значения, что обычно соответствует номинальной нагрузке, до минимального значения, которое примерно равна половине номинальной нагрузки.
зад
Рассмотрим два диапазона регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 в зависимости от заданной производительности Q.
НС
мин
НС макс
НС мин
НС макс
НС мин
НС макс
В первом диапазоне регулирования производительность дутьевого вентилятора 2 изменяется в пределах Q≤Q≤Q. Где Q, Q - минимальная и максимальная производительности дутьевого вентилятора 2 при работе двухскоростного электродвигателя 1 на обмотке низкой скорости 11. При этом Q примерно равна половине номинальной производительности дутьевого вентилятора 2, работающего на высокой скорости двухскоростного электродвигателя 1, который получает питание от сети, а Q равна номинальной производительности дутьевого вентилятора 2, работающего на низкой скорости двухскоростного электродвигателя 1, который получает питание от сети.
зад
зад
НС макс
По сигналу с блока задания количества подаваемого воздуха 6 и сигналу обратной связи с датчика количества подаваемого воздуха 12 блок управления 5 на пятом своем выходе формирует сигнал для управляющего входа преобразователя частоты малой мощности 13. Последний изменяет частоту вращения двухскоростного электродвигателя 1 так, чтобы обеспечить заданную производительность Q дутьевого вентилятора 2. При работе в первом диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 первый 3 и второй 4 коммутационные аппараты разомкнуты, а лопатки направляющего аппарата вентилятора 12 установлены в положение, которое соответствует их открытому состоянию. Регулирование заданной производительности Qзад дутьевого вентилятора 2 осуществляется по напорной характеристики магистрали воздуховода, т.е. без потерь, что обеспечивает получение максимального коэффициента полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 во всем указанном диапазоне регулирования. При достижении условия, что Q>Q работа двухскоростного электродвигателя 1 переводится во второй диапазон регулирования.
НС макс
QВС макс
ВС макс
Во втором диапазоне регулирования производительность дутьевого вентилятора изменяется в пределах Q<Q≤. Где Q равна номинальной производительности дутьевого вентилятора 2, работающего на высокой скорости двухскоростного электродвигателя 1, который получает питание от сети.
зад
зад
Во второй диапазоне - по сигналу с блока задания количества подаваемого воздуха 6 и сигналу обратной связи с датчика количества подаваемого воздуха 12 блок управления 5 на третьем своем выходе формирует сигнал для управляющего входа преобразователя частоты 8. Последний изменяет частоту вращения двухскоростного электродвигателя 1 так, чтобы обеспечить заданную производительность Q дутьевого вентилятора 2. Состояния коммутационных аппаратов 3 и 4, а также положение лопаток направляющего аппарата вентилятора 12 остаются неизменными. Регулирование заданной производительности Q дутьевого вентилятора 2 также осуществляется по напорной характеристики магистрали воздуховода, т.е. с максимальным коэффициентом полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 во всем указанном диапазоне регулирования.
зад
В рабочем режиме эксплуатации устройства управления двухскоростным электродвигателем 1 блок управления 5 выбирает один из двух диапазонов регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 в зависимости от величины сигнала задания Q с выхода блока 6. Указанные диапазоны обеспечивают поддержание максимального коэффициента полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 котельного агрегата на всем общем диапазоне регулирования. В первом диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 работают обмотки низкой скорости 11 двухскоростного электродвигателя 1, от преобразователя частоты малой мощности 13, который подключен к резервному источнику электроснабжения 14. Во втором диапазоне регулирования - работают обмотки высокой скорости 10 двухскоростного электродвигателя 1, от преобразователя частоты 8, который подключен к источнику электроснабжения 9. Наличие преобразователя частоты малой мощности 13 и резервного источника электроснабжения 14 обеспечивают равномерную загрузку обмоток низкой 11 и высокой 10 скорости двухскоростного электродвигателя 1 в процессе эксплуатации устройства управления этим электродвигателем, а также повышают надежность работы дутьевого вентилятора 2.
При неисправностях обмоток низкой 11 или высокой 10 скорости двухскоростного электродвигателя 1 и исправном состоянии обоих преобразователей частоты 8 и 13 сохраняется высокий коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2, особенно это заметно, если в исправном состоянии находятся обмотки высокой скорости 10. Если исправны преобразователь частоты малой мощности 13 и обмотки низкой скорости 11, а обмотки высокой скорости 10 неисправны, то высокий коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 также обеспечивается, но для малой производительности дутьевого вентилятора 2.
зад
В аварийном режиме, когда происходит отключение преобразователя частоты малой мощности 13, с его информационного выхода на четвертый вход блока управления 5 поступает сигнал «авария преобразователя частоты малой мощности». Блок управления 5 переводит работу двухскоростного электродвигателя 1 в первый аварийный режим регулирования, при котором включают преобразователь частоты 8 и обеспечивают заданную производительность Q дутьевого вентилятора с высоким коэффициентом полезного действия.
зад
В аварийном режиме, когда происходит отключение преобразователя частоты 8, с его информационного выхода на третий вход блока управления 5 поступает сигнал «авария преобразователя частоты». Блок управления 5 переводит работу двухскоростного электродвигателя 1 во второй аварийный режим регулирования, при котором блок управления 5 включает первый коммутационный аппарат 3, одновременно изменяя положение лопаток направляющего аппарата вентилятора 12, обеспечивают заданную производительность Q дутьевого вентилятора. Коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора при этом снижается, так как регулирование его производительности осуществляется методом дросселирования, однако сохраняется работоспособность котельного агрегата.
зад
После снятия сигнала «авария преобразователя частоты» блок управления 5 восстанавливает рабочий режим эксплуатации устройства управления двухскоростным электродвигателем 1. В зависимости от величины сигнала задания Q выбирается первый или второй диапазон регулирования производительности дутьевого вентилятора 2.
зад
При аварийном отключении резервного источника электроснабжения 14 с информационного выхода преобразователя частоты 13 на четвертый вход блока управления 5 поступает сигнал «отсутствие напряжения резервного источника электроснабжения». Если при этом регулирование производительности дутьевого вентилятора осуществлялось в первом диапазоне регулирования, блок управления 5 переводит работу двухскоростного электродвигателя 1 в третий аварийный режим регулирования, при котором включают преобразователь частоты 8 и обеспечивают заданную производительность Q дутьевого вентилятора с высоким коэффициентом полезного действия. Алгоритм регулирования производительности при этом подобен алгоритму второго диапазона регулирования.
При аварийном отключении источника электроснабжения 9 с информационного выхода преобразователя частоты 8 на второй вход блока управления 5 поступает сигнал «отсутствие напряжения источника электроснабжения». Если при этом регулирование производительности дутьевого вентилятора осуществлялось во втором диапазоне регулирования, блок управления 5 переводит работу двухскоростного электродвигателя 1 в четвертый аварийный режим регулирования, при котором включают преобразователь частоты малой мощности 13. Обеспечивают высокий коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора, но с малой его производительностью.
Таким образом, заявляемое устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата позволяет значительно повысить надежность работы электропривода дутьевого вентилятора котельного агрегата. Это достигается благодаря тому, что в рабочем режиме при изменении производительности дутьевого вентилятора во всем диапазоне регулирования и при аварийном отключении, например, резервного источника электроснабжения, преобразователя частоты малой мощности, обмотка низкой скорости двухскоростного электродвигателя, происходит автоматическое подключение обмотки высокой скорости двухскоростного электродвигателя к источнику электроснабжения через преобразователя частоты, и наоборот.