Вентильно-индукторный электропривод

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в регулируемом электроприводе мощностью более 400 кВт с повышенными требованиями к надежности, где в качестве исполнительных двигателей используются многофазные вентильно-индукторные электродвигатели с электромагнитным аксиальным возбуждением. Технический результат заключается в повышении надежности электропривода, улучшении его ремонтопригодности, расширении функциональных возможностей и области применения. Электропривод с вентильно-индукторным двигателем с электромагнитным аксиальным возбуждением содержит станцию управления, вентильно-индукторный электродвигатель с электромагнитным аксиальным возбуждением, статорная обмотка которого разделена на независимые каналы, датчик положения ротора, имеющий выходы для каждого независимого канала; система питания каждого канала содержит преобразователь частоты, а станция управления с коммутационной и защитной аппаратурой содержит силовой ввод сетевого питания и независимые между собой выходы силового питания для каждого преобразователя частоты. Преобразователи частоты имеют преобразователь постоянного напряжения для питания независимой обмотки возбуждения, причем выходы от каждого преобразователя подключены параллельно обмотке возбуждения. Преобразователи частоты объединены между собой локальной промышленной сетью, к которой подключены дополнительные интеллектуальные модули. Каждый из преобразователей частоты своими информационными входами подключен к соответствующим выходам датчика положения ротора.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в регулируемом электроприводе мощностью более 400 кВт с повышенными требованиями к надежности, где в качестве исполнительных двигателей используются многофазные вентильно-индукторные электродвигатели с электромагнитным аксиальным возбуждением.

Известен электропривод [1], содержащий вентильный электродвигатель с постоянными магнитами на роторе, датчик положения ротора и систему питания статорных обмоток, состоящую из преобразователей постоянного напряжения и автономных инверторов тока, выполненных на тиристорах.

К недостаткам электропривода, приводящим к снижению надежности и ограничению в области применения, относятся ограничения по ускорениям, вибрациям из-за крепления магнитов на поверхности ротора вентильного двигателя; невозможность работы вентильного двигателя с ослаблением потока; сложность ремонта электродвигателя в незаводских условиях.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является вентильно-индукторный электропривод [2], содержащий вентильно-индукторный электродвигатель с электромагнитным аксиальным возбуждением, датчик положения ротора, преобразователь частоты.

В данном электроприводе статор вентильно-индукторного электродвигателя содержит одну трехфазную обмотку, что ограничивает возможность бесперебойной работы при отказах в преобразователе, уменьшает надежность и ремонтопригодность электропривода.

Технической задачей полезной модели является повышение надежности электропривода, улучшение его ремонтопригодности, расширение функциональных возможностей и области применения системы.

Указанная техническая задача решается тем, что в вентильно-индукторный электропривод, содержащий вентильно-индукторный электродвигатель с электромагнитным аксиальным возбуждением, датчик положения ротора, преобразователь частоты, введена станция управления, в качестве исполнительного двигателя используется вентильно-индукторный электродвигатель с электромагнитным аксиальным возбуждением, статорная обмотка которого разделена на независимые каналы, датчик положения ротора, имеющий выходы для каждого независимого канала, система питания каждого канала содержит преобразователь частоты, а станция управления с коммутационной и защитной аппаратурой содержит силовой ввод сетевого питания и независимые между собой выходы силового питания для каждого преобразователя частоты.

Кроме того, поставленная техническая задача решается тем, что каждый преобразователь частоты имеет преобразователь постоянного напряжения для питания независимой обмотки возбуждения, причем выходы питания обмотки возбуждения от каждого преобразователя подключены параллельно обмотке возбуждения.

Кроме того, поставленная техническая задача решается тем, что преобразователи частоты объединены между собой локальной промышленной сетью, к которой подключены дополнительные интеллектуальные модули, обеспечивающие сопряжение с датчиками и управляющими устройствами.

Кроме того, поставленная техническая задача решается тем, что каждый из преобразователей частоты своими информационными входами подключен к соответствующим выходам датчика положения ротора.

Применение в электроприводе вентильно-индукторного электродвигателя с электромагнитным аксиальным возбуждением, статорная

обмотка которого разделена на независимые каналы, позволяет дробить мощность электродвигателя и преобразователей частоты, достигая таким образом высокой мощности электропривода в целом и обеспечивая внутреннее оперативное резервирование мощности на случай отказов в преобразователях и возможность продолжения работы с частичной потерей мощности без остановки электропривода, повышая тем самым надежность работы привода. Независимость между собой силовых каналов питания обмоток статора и каналов управления обмоткой возбуждения электродвигателя позволяет при возникновении отказа в преобразователе отключить аварийную часть для ремонта и подключить вновь без остановки электропривода, повышая тем самым надежность электропривода и его ремонтопригодность.

На фиг.1 представлена структура электропривода с вентильно-индукторным электродвигателем с электромагнитным аксиальным возбуждением.

На фиг.2 представлена структура преобразователя частоты.

Поясним с помощью рисунков реализацию полезной модели. Вентильно-индукторный электропривод (см. фиг.1) содержит вентильно-индукторный электродвигатель с электромагнитным аксиальным возбуждением 6, имеющий многофазную статорную обмотку, разделенную на "n" независимых каналов, в каждом из которых расположена одна симметричная трехфазная обмотка; независимую обмотку возбуждения 7, расположенную на статоре; датчик положения ротора (ДПР) 5. Система питания статорных обмоток двигателя включает для каждого независимого канала преобразователь частоты 2, 3,..., m, количество которых соответствует количеству "n" независимых каналов статора двигателя.

Преобразователь частоты (см. фиг.2) содержит модуль выпрямителя 1, микроконтроллер 2, датчик напряжения звена постоянного тока 3, конденсатор фильтра 4, модуль преобразователя постоянного напряжения 5 для питания обмотки возбуждения, модуль трехфазного инвертора 8, датчик

тока обмотки возбуждения 7, датчики тока в фазах двигателя 9, 10, источник питания 11. Микроконтроллер управляет модулем выпрямителя, модулем трехфазного инвертора, модулем преобразователя постоянного напряжения, принимает сигналы с датчиков тока, напряжения, ДПР, имеет двунаправленный канал "ИНТЕРФЕЙС" для подключения к локальной промышленной сети. Преобразователь частоты содержит трехфазный силовой вход LI, L2, L3, трехфазный силовой выход U, V, W, выходы Н и К для подключения независимой обмотки возбуждения электродвигателя.

Станция управления (СУ) 1 (см. фиг.1) содержит силовой трехфазный вход А, В, С и несколько силовых трехфазных выходов (А, В, С)1, (А, В, С)f,..., (А, В, C)f, количество "f" которых равно количеству преобразователей частоты. Каждый преобразователь частоты своим силовым входом подключен к соответствующему силовому выходу СУ, а своим силовым выходом к соответствующему независимому каналу статорной обмотки двигателя. Для питания обмотки возбуждения все соответствующие выходы преобразователей подключены параллельно к ней. По своим информационным входам каждый преобразователь частоты подключен к своим выходам датчика положения ротора. Все преобразователи с помощью своих микроконтроллеров объединены между собой локальной промышленной сетью, к которой подключаются дополнительные интеллектуальные модули 4, обеспечивающие сопряжение с датчиками и управляющими устройствами.

Электропривод работает следующим образом. На вход А, В, С станции управления 1 (см. фиг.1) подается силовое питание, которое далее посредством включения аппаратуры управления и защиты электропривода, встроенной в СУ, передается одновременно на все силовые выходы СУ и соответственно на силовые входы L1, L2, L3 трехфазных преобразователей частоты. Подается напряжение на источник питания 6 (см. фиг.2), который в свою очередь запитывает микроконтроллер 2 и датчики 3, 7, 9, 10. Все преобразователи частоты готовы к работе. По сигналам с микроконтроллера

происходит включение модуля выпрямителя 1 и переменное напряжение на входе преобразуется в постоянное напряжение на выходе модуля 1. Микроконтроллер подает управление на модуль преобразователя постоянного напряжения 5 (см. фиг.2), и на обмотку возбуждения 7 (см. фиг.1) двигателя 6 подается требуемое постоянное напряжение одновременно от всех преобразователей частоты. По сигналам с датчика положения ротора 5 (см. фиг.1) микроконтроллеры всех преобразователей формируют заданный закон управления модулями инвертора 8 (см. фиг.2), и постоянное напряжение на входе модулей инверторов преобразуется в переменное напряжение с регулируемой амплитудой и частотой на выходе, которое поступает на соответствующие трехфазные обмотки статора вентильно-индукторного двигателя.

Датчики 3, 7,9, 10 (см. фиг.2) дают минимально достаточный объем информации как для управления координатами вентильно-индукторного двигателя при вентильном или векторном способе управления, так и для контроля, защиты и диагностики аппаратной части электропривода.

Рассмотренный вентильно-индукторный электропривод позволяет создать сложные системы электроприводов в модульном исполнении с повышенными требованиями к надежности и ремонтопригодности.

Источники информации:

1. Патент №2185701, Н 02 К 29/06, B 60 L 11/00, заявленный 18.12.2000, опубликованный 20.07.2002.

2. Миронов Л.М., Постников С.Г. Электропривод на базе вентильно-индукторного двигателя с независимым возбуждением. Труды МЭИ, 2000 г., вып.676, с.68-82.

Вентильно-индукторный электропривод, содержащий вентильно-индукторный электродвигатель с электромагнитным аксиальным возбуждением, в котором статорная обмотка выполнена разделенной на независимые каналы, система питания каждого канала содержит преобразователь частоты, трехфазные силовые выходы которого соединены с соответствующей статорной обмоткой вентильно-индукторного электродвигателя, датчик положения ротора, снабженный выходами для каждого независимого канала и подключенный к соответствующим входам преобразователей частоты, которые соединены между собой локальной промышленной сетью, отличающийся тем, что введена станция управления с коммутационной и защитной аппаратурой, содержащая силовой ввод сетевого питания и независимые между собой выходы силового питания для каждого преобразователя частоты, каждый из которых снабжен преобразователем постоянного напряжения для питания независимой обмотки возбуждения вентильно-индукторного электродвигателя.