Энергосберегающий электропривод с аккумулированием рекуперируемой энергии и устойчивостью к потере сетевого питания

Область применения - частотно-регулируемые электроприводы ответственных механизмов с активной нагрузкой (например, подъемно-транспортные), использующие аккумуляторные батареи для обеспечения бесперебойной работы в случае исчезновения напряжения питающей сети. Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в повышении энергоэффективности электропривода и обеспечении его работы при исчезновении напряжения питающей сети. Технический эффект, обеспечивающий решение поставленной технической задачи, заключается в использовании рекуперируемой при торможении энергии для зарядки аккумуляторной батареи. Накапливаемая в аккумуляторной батарее энергия используется при работе привода в двигательном режиме, что позволяет, не только экономить электроэнергию, но и обеспечивать работу электропривода и установки в целом при исчезновении напряжения питающей сети. Обе технические задачи решаются тем, что известный электропривод, содержащий преобразователь частоты, включающий в себя неуправляемый выпрямитель, звено постоянного тока, аккумуляторную батарею и инвертор с подключенным к нему двигателем, согласно полезной модели, снабжен первым и вторым ключевыми элементами, блоком управления, диодом, первый ключевой элемент включен между неуправляемым выпрямителем и звеном постоянного тока, второй ключевой элемент и параллельно соединенный с ним диод подключены между аккумуляторной батареей и звеном постоянного тока, при этом первый и второй ключевые элементы подключены к одному блоку управления. 1 илл.

Предложение относится к электротехнике, а именно, к асинхронным частотно-регулируемым электроприводам с активной нагрузкой на валу, использующим аккумуляторные батареи для обеспечения работы ответственных механизмов при исчезновении напряжения питающей сети и для экономии электроэнергии за счет подзарядки аккумуляторной батареи при работе привода в режиме рекуперативного торможения. Предлагаемый электропривод может быть использован для повышения надежности работы ответственных подъемно-транспортных механизмов и экономии потребляемой этими устройствами электроэнергии.

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 [1]. В таком электроприводе при питании от сети 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 времени, определяемого емкостью аккумуляторной батареи. Известно [1], что при работе подобной системы асинхронного электропривода в режиме торможения и питании преобразователя частоты от трехфазной сети переменного тока, напряжение на звене постоянного тока может превысить допустимые пределы. Для ограничения напряжения на звене постоянного тока на допустимом уровне к этому звену через электронный ключ подсоединяют тормозной резистор. В такой схеме рекуперируемая энергия торможения теряется, рассеиваясь на резисторе, снижая энергоэффективность электропривода, что является недостатком прототипа.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, состоит в повышении энергоэффективности электропривода и обеспечении его работы при исчезновении напряжения питающей сети.

Технический эффект, обеспечивающий решение поставленной технической задачи, заключается в использовании рекуперируемой при торможении энергии для зарядки аккумуляторной батареи. Накапливаемая в аккумуляторной батарее энергия используется при работе привода в двигательном режиме, что позволяет, не только экономить электроэнергию, но и обеспечивать работу электропривода и установки в целом при исчезновении напряжения питающей сети.

Обе технические задачи решаются тем, что известный электропривод, содержащий преобразователь частоты, включающий в себя неуправляемый выпрямитель, звено постоянного тока, аккумуляторную батарею и инвертор с подключенным к нему двигателем, согласно полезной модели, снабжен первым и вторым ключевыми элементами, блоком логического управления, диодом, первый ключевой элемент включен между неуправляемым выпрямителем и звеном постоянного тока, второй ключевой элемент и параллельно соединенный с ним диод подключены между аккумуляторной батареей и звеном постоянного тока, при этом первый и второй ключевые элементы подключены к одному блоку логического управления, подключенному к внешним контактам аккумуляторной батареи.

Предложение поясняется чертежом, где приведена схема предлагаемого электропривода, состоящего из неуправляемого выпрямителя 1, звена постоянного тока 2 с конденсатором С, инвертора 3 и подключенного к нему асинхронным электродвигателем М. Для аккумулирования энергии рекуперативного торможения двигателя и обеспечения его бесперебойного питания в схему частотного электропривода включены: аккумуляторная батарея А, ключи К1 и К2, диод Д и блок логического управления 4.

Управление ключом К1 на выходе выпрямителя 1 осуществляется блоком логического управления 4 в функции двух пороговых значений э.д.с. аккумуляторной батареи: при достижении верхнего порогового значения (аккумуляторная батарея заряжена до уровня, позволяющего принять энергию еще одного цикла рекуперативного торможения) ключ размыкается и остается разомкнутым (т.е. исключается работа привода от сети), а при достижении нижнего порогового значения (аккумуляторная батарея разряжена до уровня, обусловленного зоной гистерезиса, обеспечивающей четкое срабатывание ключа K1) К1 замыкается и остается замкнутым, пока напряжение не вырастет до верхнего порогового значения. В этот период энергия потребляется из сети (при наличии в ней напряжения).

Ключ К2 обеспечивает передачу в аккумулятор энергии рекуперативного торможения двигателя. При переходе двигателя в режим рекуперативного торможения напряжение на звене постоянного тока повышается и, когда оно достигает порогового значения, определяемого настройками преобразователя, этот ключ замыкается, в результате напряжение на звене постоянного тока уменьшается. Ключ К2 остается замкнутым в течение интервала времени, определяемого стандартной заводской настройкой преобразователя, а затем размыкается. Далее, если рекуперативное торможение продолжается, напряжение снова достигает порогового значения и процесс повторяется.

Диод, включенный параллельно ключу К2, подключает аккумуляторную батарею к звену постоянного тока при пропадании напряжения сети или отключении ключом К1 выхода выпрямителя от звена постоянного тока в случае питания двигателя от аккумуляторной батареи.

Электропривод работает следующим образом.

Вне зависимости от наличия напряжения питающей сети ключ К2 в режиме рекуперативного торможения двигателя M замыкается при возрастании напряжения на звене постоянного тока 2 преобразователя выше заданного уровня. При этом энергия рекуперативного торможения идет на заряд аккумуляторной батареи А. При незаряженной аккумуляторной батарее А (что определяется по уровню ее э.д.с.) ключ К1 замкнут и в двигательном режиме энергия потребляется из сети. После достижения э.д.с. аккумуляторной батареей А порогового значения, соответствующего заряду аккумулятора, близкому к полному, ключ К1 размыкается и двигатель M работает в двигательном режиме на запасенной в аккумуляторной батарее А энергии, при этом ток от аккумуляторной батареи А через диод Д подается на вход инвертора. Так же двигатель M питается от аккумуляторной батареи А через диод Д в двигательном режиме при пропадании напряжения сети. После снижения э.д.с. аккумуляторной батареи А до нижней пороговой величины, что соответствует определенной степени разряда аккумуляторной батареи А, ключ К1 замыкается и двигатель M питается от сети в двигательном режиме.

Таким образом, в предлагаемой системе энергия рекуперативного торможения двигателя запасается в аккумуляторной батарее и используется в двигательном режиме работы при заряженной аккумуляторной батарее А и в качестве резервного источника при снятии напряжения питающей сети.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Мэрфи Д. Тиристорное управление двигателями переменного тока: Пер. с англ. - М.: Энергия, 1979, с. 188-189.

Энергосберегающий электропривод с аккумулированием рекуперируемой энергии и устойчивостью к потере сетевого питания, содержащий преобразователь частоты, включающий в себя неуправляемый выпрямитель, звено постоянного тока, аккумуляторную батарею и инвертор с подключенным к нему двигателем, отличающийся тем, что между неуправляемым выпрямителем и звеном постоянного тока включен первый ключевой элемент, а между аккумуляторной батареей и звеном постоянного тока включены параллельно соединенные диод и второй ключевой элемент, причем первый и второй ключевые элементы подключены к одному блоку логического управления, подключенному к внешним контактам аккумуляторной батареи.

РИСУНКИ