ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОТВЕТСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ

Полезная модель относится к области регулируемого электропривода и может быть использована в высоковольтных электроприводах ответственных механизмов непрерывного действия, технологические режимы которых не допускают внеплановых остановок при кратковременных нарушениях электроснабжения.
Известен вентильно-индукторный электропривод, содержащий многофазный вентильно-индукторный электродвигатель с независимой обмоткой возбуждения, датчик положения ротора, устройства автоматического включения резерва, соответствующие входа которых соединены между собой и с основным и резервным вводами электропитания, а их выходы подключены к соответствующим входам трансформаторов напряжения, выходы которых соединены с независимыми между собой входами устройства распределения силового питания с коммутационной и защитной аппаратурой, преобразователи частоты, входа которых соединены с независимыми между собой выходами устройства распределения силового питания, станцию управления двигателем с коммутационной и защитной аппаратурой, независимые входа которой подключены к соответствующим силовым выходам преобразователей частоты, а независимые выходы - к соответствующим статорным обмоткам электродвигателя. Причем каждый преобразователь частоты имеет выходы для питания независимой обмотки возбуждения электродвигателя, а также информационные входа, подключенные к выходу датчика положения ротора, все преобразователи частоты соединены между собой локальной промышленной сетью, к которой подключены интеллектуальные модули (см. патент РФ №53515, H02M 5/40).
Недостатком известного устройства является его низкая надежность, что не позволяет обеспечить бесперебойную работу электропривода. Это обусловлено тем, что указанное устройство имеет сложную конструкцию, включающую электродвигатель специального исполнения с датчиком положения ротора, устройства распределения силового питания с коммутационной и защитной аппаратурой, станцию управления двигателем с коммутационной и защитной аппаратурой, а также большое количество преобразователей частоты, что снижает их надежность в целом.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является высоковольтный преобразователь частоты, содержащий преобразовательный трансформатор, трехфазная первичная обмотка которого подключена к основному вводу электропитания, при этом первая и вторая трехфазные вторичные обмотки указанного трансформатора соединены соответственно в звезду и треугольник, первый и второй диодные трехфазные мостовые выпрямители, которые подключены соответственно к первой и второй трехфазным вторичным обмоткам преобразовательного трансформатора, при этом катодная группа первого диодного трехфазного мостового выпрямителя через плюсовой вывод емкостного фильтра подключена к плюсовому входу инвертора напряжения, а анодная группа второго диодного трехфазного мостового выпрямителя через минусовой вывод емкостного фильтра подключена к минусовому входу инвертора напряжения, выходы которого подключены к двигателю переменного тока. Указанное устройство может быть использовано для электропривода ответственных механизмов (см. Г. Лазарев. Высоковольтные преобразователи для частотного регулируемого электропривода. Построение различных систем // Новости электротехники. 2005. №2 (32), рис. 7.).
Недостатком данного устройства является его низкая надежность, не позволяющая обеспечить бесперебойную работу электропривода. Это обусловлено отключением высоковольтного преобразователя частоты при кратковременном нарушении в электроснабжении в результате его высокой чувствительности к такому аварийному режиму.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении надежности высоковольтного преобразователя частоты, обеспечивающего бесперебойную работу электропривода ответственных механизмов.
Технический результат, создаваемый полезной моделью, выражается в автоматическом выравнивании токов в соединении выпрямителей, что позволяет в рабочем режиме обеспечить их одинаковую загрузку по току, а в аварийном при кратковременном нарушении электроснабжения сохранить работоспособность высоковольтного преобразователя частоты.
Поставленная задача достигается тем, что высоковольтный преобразователь частоты для электропривода ответственных механизмов, содержащий преобразовательный трансформатор, трехфазная первичная обмотка которого подключена к основному вводу электропитания, при этом первая и вторая трехфазные вторичные обмотки указанного трансформатора соединены соответственно в звезду и треугольник, первый и второй диодные трехфазные мостовые выпрямители, которые подключены соответственно к первой и второй трехфазным вторичным обмоткам преобразовательного трансформатора, при этом катодная группа первого диодного трехфазного мостового выпрямителя через плюсовой вывод емкостного фильтра подключена к плюсовому входу инвертора напряжения, а анодная группа второго диодного трехфазного мостового выпрямителя через минусовой вывод емкостного фильтра подключена к минусовому входу инвертора напряжения, выход которого подключен к двигателю переменного тока, согласно изменению, снабжен вторым преобразовательным трансформатором, третьим и четвертым диодными трехфазными мостовыми выпрямителями, коммутационным аппаратом и блоком управления, при этом трехфазная первичная обмотка второго преобразовательного трансформатора подключена к резервному вводу электропитания, а первая и вторая трехфазные вторичные обмотки указанного трансформатора соединены соответственно в звезду и треугольник, третий и четвертый диодные трехфазные мостовые выпрямители подключены соответственно к первой и второй трехфазным вторичным обмоткам второго преобразовательного трансформатора, катодная группа третьего диодного трехфазного мостового выпрямителя подключена к катодной группе первого диодного трехфазного мостового выпрямителя, анодные группы указанных выпрямителей соединены между собой через коммутационный аппарат, анодная группа четвертого диодного трехфазного мостового выпрямителя подключена к анодной группе второго диодного трехфазного мостового выпрямителя, при этом катодная группа четвертого диодного трехфазного мостового выпрямителя подключена к анодной группе первого диодного трехфазного мостового выпрямителя, а катодная группа второго диодного трехфазного мостового выпрямителя подключена к анодной группе третьего диодного трехфазного мостового выпрямителя, управляющий вход коммутационного аппарата подключен к выходу блока управления, первый и второй входы которого подключены соответственно к основному и резервному вводам электропитания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема высоковольтного преобразователя частоты.
Заявляемое устройство содержит преобразовательный трансформатор 1, трехфазная первичная обмотка которого подключена к основному вводу электропитания 2, при этом первая и вторая трехфазные вторичные обмотки указанного трансформатора 1 соединены соответственно в звезду и треугольник. Устройство также содержит первый 3 и второй 4 диодные трехфазные мостовые выпрямители, которые подключены соответственно к первой и второй трехфазным вторичным обмоткам преобразовательного трансформатора 1. При этом катодная группа первого диодного трехфазного мостового выпрямителя 3 через плюсовой вывод емкостного фильтра 5 подключена к плюсовому входу инвертора напряжения 6. Анодная группа второго диодного трехфазного мостового выпрямителя 4 через минусовой вывод емкостного фильтра 5 подключена к минусовому входу инвертора напряжения 6, выход которого подключен к двигателю переменного тока 7. При этом устройство снабжено вторым преобразовательным трансформатором 8, третьим 9 и четвертым 10 диодными трехфазными мостовыми выпрямителями, коммутационным аппаратом 11 и блоком управления 12. Трехфазная первичная обмотка второго преобразовательного трансформатора 8 подключена к резервному вводу электропитания 13, а первая и вторая трехфазные вторичные обмотки указанного трансформатора 8 соединены соответственно в звезду и треугольник. Третий 9 и четвертый 10 диодные трехфазные мостовые выпрямители подключены соответственно к первой и второй трехфазным вторичным обмоткам второго преобразовательного трансформатора 8. Катодная группа третьего диодного трехфазного мостового выпрямителя 9 подключена к катодной группе первого диодного трехфазного мостового выпрямителя 3. Анодные группы указанных выпрямителей 9 и 3 соединены между собой через коммутационный аппарат 11. Анодная группа четвертого диодного трехфазного мостового выпрямителя 10 подключена к анодной группе второго диодного трехфазного мостового выпрямителя 4. При этом катодная группа четвертого диодного трехфазного мостового выпрямителя 10 подключена к анодной группе первого диодного трехфазного мостового выпрямителя 3. Катодная группа второго диодного трехфазного мостового выпрямителя 4 подключена к анодной группе третьего диодного трехфазного мостового выпрямителя 9. Управляющий вход коммутационного аппарата 11 подключен к выходу блока управления 12, первый и второй входы которого подключены соответственно к основному 2 и резервному 13 вводам электропитания. При этом коммутационный аппарат 11 выполнен на основе полностью управляемого полупроводникового ключа, обладающего высоким быстродействием.
Отличительной особенностью заявляемого технического решения является то, что в рабочем режиме при допустимом изменении напряжения на любом из вводов электропитания двигатель переменного тока получает питание от выпрямителей, образующих последовательно-параллельное соединение. При этом токи указанных выпрямителей автоматически выравниваются и составляют половину номинального значения входного тока инвертора, что снижает ресурсоемкость выпрямителей. Равномерная загрузка указанных выпрямителей повышает надежность заявляемого устройства. Кроме того, в аварийном режиме при кратковременном нарушении электроснабжения по одному из вводов электропитания заявляемое техническое решение позволяет сохранить работоспособность высоковольтного преобразователя частоты, обеспечивая его питанием от другого ввода электропитания. Вышесказанное обеспечивает бесперебойную работу электропривода ответственных механизмов.
Высоковольтный преобразователь частоты работает следующим образом. При наличии напряжений на обоих вводах электропитания 2 и 13 блок управления 12 подает команду «отключить» на управляющий вход коммутационного аппарата 11, который размыкает соединение между анодными группами первого 3 и третьего 9 диодных трехфазных мостовых выпрямителей. Диодные трехфазные мостовые выпрямители 3, 4, 9 и 10 образуют последовательно-параллельное соединение. Первое последовательное соединение выпрямителей создано первым 3 и четвертым 10 диодными трехфазными мостовыми выпрямителями, на которые подаются линейные напряжения с соответствующих вторичных обмоток преобразовательных трансформаторов 1 и 8. Указанное соединение выпрямителей 3 и 10 формирует первое выпрямленное двенадцатипульсное напряжение, которое подается на емкостной фильтр 5. Второе последовательное соединение выпрямителей создано третьим 9 и вторым 4 диодными трехфазными мостовыми выпрямителями, на которые подаются линейные напряжения с соответствующих вторичных обмоток преобразовательных трансформаторов 8 и 1. Данное соединение выпрямителей 9 и 4 формирует второе выпрямленное двенадцатипульсное напряжение, которое также подается на емкостной фильтр 5. Параметры обмоток преобразовательных трансформаторов 1 и 8 выбраны так, что линейное напряжения первой вторичной обмотки равно линейному напряжению второй вторичной обмотке для обоих преобразовательных трансформаторов 1 и 8. При этом первое выпрямленное двенадцатипульсное напряжение будет равно второму выпрямленному двенадцатипульсному напряжению, а, следовательно, токи диодных трехфазных мостовых выпрямителей 3, 4, 9 и 10 также будут равны. Это позволяет обеспечить питание двигателя переменного тока 7 от образующих последовательно-параллельное соединение выпрямителей с одинаковой загрузкой их по току, что приводит к бесперебойной работе электропривода ответственных механизмов.
При допустимом изменении напряжения, например, на основном вводе электропитания 2 пропорционально на одинаковую величину изменяются выпрямленные напряжения первого 3 и второго 4 диодных трехфазных мостовых выпрямителей, сохраняя равенство первого и второго выпрямленных двенадцатипульсных напряжений. Токи диодных трехфазных мостовых выпрямителей 3, 4, 9 и 10 при этом остаются равными. Таким образом, при колебаниях напряжения на одном из вводов электропитания 2 и 13 в условиях нормального электроснабжения от двух преобразовательных трансформаторов 1 и 8 в последовательно-параллельном соединении соответствующих диодных трехфазных мостовых выпрямителей 3, 10 и 9, 4 автоматически осуществляется выравнивание токов выпрямителей. Последнее способствует равномерной загрузке диодных трехфазных мостовых выпрямителей 3, 4, 9 и 10 и при допустимых изменениях напряжений на обоих вводах электропитания 2 и 13 позволяет обеспечить бесперебойную работу высоковольтного электропривода ответственных механизмов.
В случае аварийного режима, например, при кратковременном снижении напряжения на основном вводе электропитания 2 до заданной минимальной величины блок управления 12 подает команду «включить» на управляющий вход коммутационного аппарата 11, который замыкает соединение между анодными группами первого 3 и третьего 9 диодных трехфазных мостовых выпрямителей. Соединение диодных трехфазных мостовых выпрямителей 3, 4, 9 и 10 из последовательно-параллельного преобразуется в параллельно-последовательное соединение. Первый 3 и третий 9 диодные трехфазные мостовые выпрямители образуют параллельное соединение. При этом диоды первого диодного трехфазного мостового выпрямителя 3 запираются, так как выпрямленное напряжение первого диодного трехфазного мостового выпрямителя 3 будет меньше, чем выпрямленное напряжение третьего диодного трехфазного мостового выпрямителя 9. Ток первого диодного трехфазного мостового выпрямителя 3 снижается до нуля, а третий диодный трехфазный мостовой выпрямитель 9 кратковременно работает с двойной перегрузкой по току. Аналогично вышеописанному в параллельном соединении второго 4 и четвертого 10 диодных трехфазных мостовых выпрямителей диоды второго диодного трехфазного мостового выпрямителя 4 запираются. Ток второго диодного трехфазного мостового выпрямителя 4 снижается до нуля, а четвертый диодный трехфазный мостовой выпрямитель 10 кратковременно работает с двойной перегрузкой по току. Таким образом, в течение кратковременного нарушения электроснабжения по основному вводу электропитания 2 на инвертор напряжения 6 подается выпрямленное двенадцатипульсное напряжение, которое формируется последовательным соединением третьего 9 и четвертого 10 диодных трехфазных мостовых выпрямителей через замкнутый коммутационный аппарат 11, что позволяет сохранить устойчивую работу двигателя переменного тока 7.
При кратковременном нарушении электроснабжения по резервному вводу электропитания 13, аналогично вышеописанному происходит формирование последовательного соединения первого 3 и второго 4 диодных трехфазных мостовых выпрямителей, с которых подается выпрямленное двенадцатипульсное напряжение на инвертор напряжения 6.
После восстановления нормального электроснабжения по одному из вводов электропитания 2 и 13 блок управления 12 подает команду на размыкание коммутационного аппарата 11. Восстанавливается нормальный режим работы высоковольтного преобразователя частоты, при котором на емкостной фильтр 5 подаются первое и второе выпрямленные двенадцатипульсные напряжения, при этом токи диодных трехфазных мостовых выпрямителей 3, 4, 9 и 10 автоматически выравниваются.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить надежность высоковольтного преобразователя частоты и тем самым обеспечить бесперебойную работу электропривода ответственных механизмов, как в рабочем, так и аварийном режимах за счет автоматического выравнивания токов выпрямителей и равномерной их загрузки.