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 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. Устройство снабжено третьим коммутационным аппаратом, вход которого подключен к силовому выходу преобразователя частоты, его первый и второй выходы подключены соответственно к выходам первого и второго коммутационных аппаратов, а управляющий вход третьего коммутационного аппарата соединен с пятым выходом блока управления (см. патент РФ №137437, H02P 25/18).
Недостатком известного устройства является низкая надежность его работы, обусловленная наличием только одного источника питания, аварийное отключение которого приводит к полной остановке котельного агрегата, при этом электропривод дутьевого вентилятора имеет низкий коэффициент полезного действия при аварийном отключении преобразователя частоты.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата, содержащее первый и второй коммутационные аппараты, входы которых соединены соответственно с первым и вторым источниками питания, а выходы - с выводами обмоток высокой и низкой скоростей двухскоростного электродвигателя, блок управления, первый вход которого соединен с блоком задания количества подаваемого воздуха, второй - с датчиком количества подаваемого воздуха, его первый и второй выходы соединены с управляющими входами соответственно первого и второго коммутационных аппаратов, а третий выход указанного блока управления соединен с управляющим входом электропривода направляющего аппарата вентилятора (см. патент РФ №137645, H02P 25/18).
Недостатком данного устройства является низкая надежность его работы в результате того, что при аварийном отключении первого источника питания производительность дутьевого вентилятора снижается в два раза. Это нарушает технологический режим работы котельного агрегата и приводит к его остановке. Кроме того, указанный электропривод дутьевого вентилятора содержит два преобразователя частоты, которые работают поочередно, что повышает его ресурсоемкость и приводит к удорожанию устройства.
Задача, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в повышении надежности работы электропривода дутьевого вентилятора котельного агрегата, при одновременном снижении его ресурсоемкости с сохранением высокого коэффициента полезного действия устройства в рабочих и аварийных режимах.
Технический результат полезной модели заключается в создании условий, обеспечивающих питание обмоток низкой или высокой скоростей двухскоростного электродвигателя одновременно от первого и второго источников питания.
Поставленная задача достигается тем, что устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата, содержащее первый и второй коммутационные аппараты, входы которых соединены соответственно с первым и вторым источниками питания, а выходы - с выводами обмоток высокой и низкой скоростей двухскоростного электродвигателя, блок управления, первый вход которого соединен с блоком задания количества подаваемого воздуха, второй - с датчиком количества подаваемого воздуха, его первый и второй выходы соединены с управляющими входами соответственно первого и второго коммутационных аппаратов, а третий выход указанного блока управления соединен с управляющим входом электропривода направляющего аппарата вентилятора, согласно изменению, снабжено первым и вторым датчиками напряжения, дросселем с двумя обмотками, третьим коммутационным аппаратом и преобразователем частоты, состоящим из первого и второго выпрямителей, выходы каждого выпрямителя через емкостной фильтр соединены с входами инвертора напряжения, выход последнего подключен к входу третьего коммутационного аппарата, первый выход которого подключен к выводу обмотки высокой скорости двухскоростного электродвигателя, а второй выход - к выводу обмотки низкой скорости указанного электродвигателя, при этом управляющий вход третьего коммутационного аппарата соединен с четвертым выходом блока управления, вход первого выпрямителя преобразователя частоты через первую обмотку дросселя подключен к первому источнику питания, а вход второго выпрямителя через вторую обмотку дросселя подключен ко второму источнику питания, первый и второй датчики напряжения своими входами подключены соответственно к первому и второму источникам питания, выходы указанных датчиков подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока управления, а его пятый вход соединен с информационным выходом преобразователя частоты, управляющий вход которого соединен с 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, входы которых соединены соответственно с первым 5 и вторым 6 источниками питания, а выходы - с выводами обмоток высокой 7 и низкой 8 скоростей двухскоростного электродвигателя 1. Устройство управления также содержит блок управления 9, первый вход которого соединен с блоком задания количества подаваемого воздуха 10, второй - с датчиком количества подаваемого воздуха 11. Первый и второй выходы блока управления 9 соединены с управляющими входами соответственно первого 3 и второго 4 коммутационных аппаратов, а третий выход указанного блока управления 9 соединен с управляющим входом электропривода направляющего аппарата вентилятора 12. Устройство управления дополнительно снабжено первым 13 и вторым 14 датчиками напряжения, дросселем с двумя обмотками 15, третьим коммутационным аппаратом 16 и преобразователем частоты 17. При этом преобразователь частоты состоит из первого 18 и второго 19 выпрямителей, выходы которых через емкостный фильтр 20 соединены с входом инвертора напряжения 21. Выход последнего 21 подключен к входу третьего коммутационного аппарата 16. Первый и второй выходы указанного коммутационного аппарата 16 подключены соответственно к выводам обмоток высокой 7 и низкой 8 скоростей двухскоростного электродвигателя 1. При этом управляющий вход третьего коммутационного аппарата 16 соединен с четвертым выходом блока управления 9. Вход первого выпрямителя 18 преобразователя частоты 17 через первую обмотку дросселя 15 подключен к первому источнику питания 5, а вход второго выпрямителя 19 через вторую обмотку дросселя 15 подключен ко второму источнику питания 6. Первый 13 и второй 14 датчики напряжения своими входами подключены соответственно к первому 5 и второму 6 источникам питания. Выходы указанных датчиков 13 и 14 подключены соответственно к третьему и четвертому входам блока управления 9, а его пятый вход соединен с информационный выход преобразователя частоты 17. При этом управляющий вход преобразователя частоты 17 соединен с пятым выходом блока управления 9.
Отличительной особенностью заявляемого устройства является то, что двухскоростной электродвигатель 1 получает примерно 50% электрической энергии от первого источника питания 5 и столько же от второго источника питания 6. Такой режим работы двухскоростного электродвигателя 1 обеспечивается дросселем 15 с двумя обмотками, преобразователем частоты 17 и третьим коммутационным аппаратом 16. При аварийном отключении одного из источников питания 5 или 6 на двухскоростной электродвигатель 1 будет подаваться 100% электрической энергии от исправного источника питания, соответственно 6 или 5. Кроме того, при неисправности одной из обмоток низкой 8 или высокой 7 скоростей указанные выше режимы работы устройства сохраняются.
Заявляемое устройство позволяет существенно повысить надежность его работы при одновременном сохранении высокого коэффициента полезного действия и снижении ресурсоемкости за счет применения в схемном решении преобразователя частоты с двумя входами. Кроме того, в случае одновременного аварийного отключения преобразователя частоты 17, одного из источников питания 5 или 6 и неисправности одной из обмоток 7 или 8 двухскоростного электродвигателя 1, работоспособность дутьевого вентилятора 2 котельного агрегата также сохраняется, что подтверждает высокую надежность заявляемого устройства.
Устройство управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата работает следующим образом.
зад
Блок задания количества подаваемого воздуха 10 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 равно примерно половине номинальной нагрузки.
зад
Рассмотрим два диапазона регулирования производительности Q 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 8. В первом диапазоне регулирования обмотка низкой скорости 8 двухскоростного электродвигателя 1 получает питание от преобразователя частоты 17 или от второго 6 источника питания. При этом производительность Q примерно равна половине номинальной производительности дутьевого вентилятора 2, работающего на высокой скорости двухскоростного электродвигателя 1, когда последний получает питание от первого источника питания 5 через замкнутый первый коммутационный аппарат 3 при полностью открытом положении лопаток направляющего аппарата вентилятора 12. Производительность Q равна номинальной производительности дутьевого вентилятора 2, работающего на низкой скорости двухскоростного электродвигателя 1, когда последний получает питание от второго источника питания 6 через замкнутый второй коммутационный аппарат 4 при полностью открытом положении лопаток направляющего аппарата вентилятора 12.
НС мин
НС макс
Для нормального режима работы устройства управления в первом диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 Q≤Q≤Q первый 3 и второй 4 коммутационные аппараты разомкнуты, второй выход третьего коммутационного аппарата 16 подключен к выходу преобразователя частоты 17. При этом лопатки направляющего аппарата вентилятора 12 установлены в положение, которое соответствует их открытому состоянию. Указанные состояния коммутационных аппаратов 3, 4 и 16 способствуют тому, что обмотка низкой скорости 8 двухскоростного электродвигателя 1 получает питание от преобразователя частоты 17. При этом сам преобразователь частоты 17 через первый и второй его входы получает питание одновременно от первого 5 и второго 6 источников питания. Применение дросселя 15 со встречновключенными обмотками обеспечивает автоматическое выравнивание токов первого 18 и второго 19 выпрямителей преобразователя частоты 17 и примерно одинаковое потребление им электрической энергии от первого 5 и второго 6 источников питания.
зад
зад
НС мин
НС макс
По сигналу с выхода блока задания количества подаваемого воздуха 10 и сигналу обратной связи от датчика количества подаваемого воздуха 11 блок управления 9 на пятом выходе формирует сигнал управления для преобразователя частоты 17. Последний изменяет частоту вращения двухскоростного электродвигателя 1 так, чтобы обеспечить заданную производительность Q дутьевого вентилятора 2. При этом двухскоростной электродвигатель 1 получает примерно по 50% необходимой ему электрической энергии одновременно от первого 5 и от второго 6 источников питания, что повышает надежность его работы. Регулирование заданной производительности Q дутьевого вентилятора 2 осуществляется по напорной характеристики магистрали воздуховода, т.е. без потерь. Это обеспечивает получение максимального коэффициента полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 в первом диапазоне регулирования производительности Q≤Q≤Q.
зад
НС макс
При достижении условия, что Q>Q работа двухскоростного электродвигателя 1 переводится во второй диапазон регулирования.
НС макс
ВС макс
ВС макс
Во втором диапазоне регулирования производительность дутьевого вентилятора 2 изменяется в пределах Q<Q≤Q. Где Q равна номинальной производительности дутьевого вентилятора 2, работающего на обмотке высокой скорости двухскоростного электродвигателя 1, когда последний получает питание от первого источника питания 5 через замкнутый первый коммутационный аппарат 3 при полностью открытом положении лопаток направляющего аппарата вентилятора 12. Во втором диапазоне регулирования обмотка высокой скорости двухскоростного электродвигателя 1 получает питание от преобразователя частоты 17 или от первого 5 источника питания.
НС макс
ВС макс
Для нормального режима работы устройства управления во втором диапазоне регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 Q<Q≤Q первый 3 и второй 4 коммутационные аппараты разомкнуты, первый выход третьего коммутационного аппарата 16 подключен к выходу преобразователя частоты 17. Лопатки направляющего аппарата вентилятора 12 установлены в положение, которое соответствует их открытому состоянию. Указанные состояния коммутационных аппаратов 3, 4 и 16 способствуют тому, что обмотка высокой скорости 7 двухскоростного электродвигателя 1 получает питание от преобразователя частоты 17, который через дроссель 15 получает питание одновременно от первого 5 и второго 6 источников питания.
зад
зад
НС макс
ВС макс
По сигналу с выхода блока задания количества подаваемого воздуха 10 и сигналу обратной связи от датчика количества подаваемого воздуха 11 блок управления 9 на пятом выходе формирует сигнал управления для преобразователя частоты 17. Последний изменяет частоту вращения двухскоростного электродвигателя 1 так, чтобы обеспечить заданную производительность Q дутьевого вентилятора 2. При этом двухскоростной электродвигатель 1 получает примерно по 50% необходимой ему электрической энергии одновременно от первого 5 и от второго 6 источников питания, что повышает надежность его работы. Регулирование заданной производительности Q дутьевого вентилятора 2 осуществляется по напорной характеристики магистрали воздуховода, т.е. без потерь. Это обеспечивает получение максимального коэффициента полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 во втором диапазоне регулирования производительности Q<Q≤Q.
зад
зад
В рабочем режиме эксплуатации устройства управления двухскоростным электродвигателем 1 блок управления 9 выбирает один из двух указанных диапазонов регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 в зависимости от величины сигнала задания Q с выхода блока 10. При этом в первом и во втором диапазонах регулирования производительности дутьевого вентилятора 2 питание обмоток низкой и высокой скоростей двухскоростного электродвигателя 1 осуществляется одновременно от обоих источников питания 5 и 6. Это достигается благодаря применению дросселя 15 со встречновключенными обмотками, преобразователя частоты 17 с двумя входами и третьего коммутационного аппарата 16 на два выхода. Заявляемое схемное техническое решение повышает надежность работы электропривода дутьевого вентилятора 12 котельного агрегата. Применение только одного преобразователя частоты 17 для обоих диапазонов регулирования снижает ресурсоемкость заявляемого устройства. Регулирование во всем диапазоне заданной производительности Q дутьевого вентилятора 2 по напорной характеристике магистрали воздуховода обеспечивает сохранение высокого коэффициента полезного действия заявляемого устройства.
Рассмотрим три возможных аварийных режима работы устройства управления двухскоростным электродвигателем дутьевого вентилятора котельного агрегата.
Первый аварийный режим, когда неисправна обмотка низкой 8 или высокой 7 скорости двухскоростного электродвигателя 1, при этом преобразователь частоты 17 исправен. Для этого режима сохраняются работоспособность, надежность и высокий коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2, особенно это заметно, если в исправном состоянии находится обмотка высокой скорости 7. Если исправны преобразователь частоты 17 и обмотка низкой скорости 8, а обмотка высокой скорости 7 неисправна, то работоспособность, надежность и высокий коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 также обеспечиваются, но для малой производительности дутьевого вентилятора 2.
При колебаниях напряжений источников питания 5 и 6 в условиях нормального электроснабжения дроссель 15 со встречновключенными обмотками обеспечивает автоматическое выравнивание токов первого 18 и второго 19 выпрямителей преобразователя частоты 17. При этом обеспечивается примерно одинаковое потребление им электрической энергии от первого 5 и второго 6 источников питания. Работоспособность, надежность и высокий коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 также обеспечиваются
Второй аварийный режим, когда происходит отключение одного из источников питания первого 5 или второго 6 при этом с датчиков первого 13 и второго 14 напряжений на блок управления 9 поступает сигнал «отсутствие напряжения источника питания». В течение времени восстановления напряжения питания преобразователь частоты 17 обеспечивает двухскоростной электродвигатель 1 электрической энергией от исправного источника питания. Алгоритм регулирования производительности дутьевого вентилятора при этом подобен ранее описанным алгоритмам для первого и второго диапазонов регулирования. Таким образом, обеспечиваются работоспособность электропривода дутьевого вентилятора 2 и надежность заявляемого устройства с сохранением высокого коэффициента полезного действия устройства в целом.
После устранения аварийного отключения одного из источников питания блок управления 9 восстанавливает рабочий режим эксплуатации устройства управления двухскоростным электродвигателем 1. При этом двухскоростной электродвигатель 1 получает примерно по 50% необходимой ему электрической энергии одновременно от первого 5 и второго 6 источников питания.
зад
В третьем аварийном режиме работы устройства управления, когда происходит отключение преобразователя частоты 17, с его информационного выхода на пятый вход блока управления 9 поступает сигнал «авария преобразователя частоты». Блок управления 9 переводит работу двухскоростного электродвигателя 1 в режим регулирования, при котором включают первый 3 или второй 4 коммутационные аппараты, одновременно изменяют положение лопаток направляющего аппарата вентилятора 12, чтобы обеспечить заданную производительность Q дутьевого вентилятора. Коэффициент полезного действия электропривода дутьевого вентилятора 2 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 9 восстанавливает рабочий режим эксплуатации устройства управления двухскоростным электродвигателем 1. В зависимости от величины сигнала задания Q выбираются первый или второй диапазоны регулирования производительности дутьевого вентилятора 2.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет повысить надежность работы электропривода дутьевого вентилятора котельного агрегата при сохранении высокого коэффициента полезного действия устройства в рабочих и аварийных режимах. Это обеспечивается тем, что преобразователь частоты с двумя входами, дроссель с двумя обмотками и коммутационный аппарат с двумя выходами осуществляют питание электрической энергией обмотки низкой или высокой скоростей двухскоростного электродвигателя одновременно от первого и второго источников. При аварийном отключении одного из источников питания или при неисправности одной из обмоток двухскоростного электродвигателя это позволяет сохранить работоспособность электропривода дутьевого вентилятора с максимальным коэффициентом полезного действия. Кроме того, предлагаемое техническое решение снижает ресурсоемкость заявляемого устройства, так как используемый преобразователь частоты обеспечивает регулирование производительности дутьевого вентилятора во всем рабочем диапазоне.