Фазосдвигающее устройство
Изобретение относится к преобразовательной технике и может использоваться для управления тиристорными регуляторами напряжения, например, для плавного пуска асинхронных электроприводов. Техническим результатом является повышение динамических показателей и надежности работы фазосдвигающего устройства. Устройство содержит компаратор, сумматор, интегратор, релейный элемент, дифференцирующее звено, нелинейный элемент с зоной нечувствительности и генератор импульсов малой длительности. 3 ил.
Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано для управления тиристорными регуляторами напряжения, например, для плавного пуска асинхронных электроприводов.
Известны системы импульсно-фазового управления (СИФУ), выполненные на основе канала синхронизации, генератора пилообразного напряжения, сумматора, формирователя управляющих импульсов (Управление вентильными электроприводами постоянного тока / Лебедев Е.Д., Неймарк В.Е., Пистрак П.Я., Слежановский О. В. - М.: Энергия, 1970. - 199 с.). Данные СИФУ относятся к классу систем с "вертикальным" управлением, характеризуются низкой помехоустойчивостью и надежностью в работе. Известен интегрирующий развертывающий преобразователь (а.с. СССР 515117, G 06 G 7/12. Релейный операционный усилитель / Суворов Г.В., Осипов О.И., Цытович Л. И. , Маурер В.Г. (СССР). - 2055243/24, заявлено 20.08.74; опубл. 25.05.76, Бюл. 19), содержащий последовательно включенные интегратор и релейный элемент, выход которого через резистор соединен с выходом интегратора, в цепи обратной связи которого включены последовательно соединенные нелинейный элемент с зоной нечувствительности и дифференцирующее звено. Преобразователь работает в режиме устойчивых автоколебаний и обладает повышенной помехоустойчивостью за счет дискретного изменения постоянной времени интегратора при воздействии на информационный вход сигнала синхронизирующей помехи. Недостатком устройства являются его ограниченные функциональные возможности, так как он может быть использован только для управления частотно-широтно-импульсными преобразователями. Наиболее близким к предлагаемому устройству является СИФУ (а.с. СССР 873374, Н 02 P 13/16. Устройство для импульсно-фазового управления вентильным преобразователем / Гафиятуллин Р.Х., Суворов Г.В., Цытович Л.И., Осипов О.И. и др. (СССР). - 2680999/07, заявлено 02.11.78; опубл. 15.10.81, Бюл. 38). В состав устройства-прототипа входят интегрирующие автоколебательные преобразователи, синхронизированные с соответствующей фазой напряжения сети, сумматоры, источник сигнала задания, формирователи управляющих импульсов. Функции фазосдвигающих устройств выполняют автоколебательные преобразователи на основе последовательно соединенных интегратора и релейного элемента, выход которого подключен к формирователю управляющих импульсов и входу интегратора. При работе в режиме внешней синхронизации фазосдвигающие устройства приобретают свойства апериодического фильтра первого порядка

























- интервал синхронизации фазосдвигающего устройства одной из полуволн гармонического воздействия (напряжения сети);
- интервал предустановки в интеграторе 3 "нулевых" начальных условий;
- интервал входа фазосдвигающего устройства в режим собственных автоколебаний;
- интервал собственных автоколебаний, при котором формируются импульсы управления силовыми тиристорами. В результате, система совмещает в себе функции пропорционального регулятора, устройства синхронизации, фазосдвигающего устройства и формирователя импульсов управления силовыми тиристорами. При этом сигналом задания начального значения угла управления тиристорами служит амплитуда выходного сигнала компаратора 1, что ликвидирует необходимость применения дополнительного источника опорного напряжения. Отмеченные факторы позволяют предельно упростить систему импульсно-фазового управления, сократить количество функциональных элементов и за счет этого повысит ее надежность. Кроме того, работа фазосдвигающего устройства в режиме частичной синхронизации с напряжением сети приводит к тому, что его динамические характеристики определяются частотой собственных автоколебаний интегратора 3 и релейного элемента 4, а не параметрами синхронизирующего воздействия, как это имеет место в устройстве-прототипе. В результате, полоса пропускания фазосдвигающего устройства, как показали экспериментальные исследования, расширяется не менее чем в 3-5 раз. Таким образом, предложенное техническое решение позволяет расширить функциональные возможности традиционных фазосдвигающих устройств, объединив в нем функции устройства синхронизации, фазосдвигающего устройства, регулятора, генератора "пакета" управляющих импульсов и источника сигнала задания, повысив тем самым надежность работы СИФУ и силового преобразователя в целом. Работа фазосдвигающего устройства в режиме частичной (а не полной, как в устройстве-прототипе) синхронизации с сетью обеспечивает улучшение его динамической точности работы, когда полоса пропускания определяется не параметрами сети, а частотой собственных автоколебаний системы. Решение поставленной задачи достигнуто за счет введения в схему устройства генератора импульсов малой длительности, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход подключен к входу сумматора. Пример технической реализации фазосдвигающего устройства показан на фиг. 3, а. Компаратор 1 реализован на транзисторе VT1. Интегратор 3 выполнен на операционном усилителе А1 с конденсатором С3 в цепи обратной связи. Функции релейного элемента 4 выполняет регенеративный компаратор на основе усилителя А2. В состав дифференцирующего звена 5 входят конденсатор С4 и резистор R8. Нелинейное звено 6 реализовано на стабисторе VD3. Генератор одиночных импульсов включает в себя дифференцирующую цепь С2 - R4 и диод VD2. Выходной каскад фазосдвигающего устройства включает усилитель мощности VT2, VT4 и цепь запрета формирования импульсов управления на транзисторе VT3. Клемма 1 предназначена для подключения сигнала управления. На вход 2 подается сигнал с выхода синхронизирующего трансформатора. Выходы 3, 4 подключаются к управляющей цепи силового тиристора. Диоды VD1, VD4 ограничивают обратное напряжение на управляющем переходе соответствующего транзистора. Конденсаторы С5, С6 осуществляют фильтрацию помех со стороны источника электропитания. Резистор R17 ограничивает ток перемагничивания импульсного трансформатора. Питание выходных каскадов устройства производится от нестабилизированного источника

вход 1-КП1 = R9/R6;
выход VT1-КП2 = R9/R5;
выход VD2-КП3 = R9/R7. Рассмотренное устройство обеспечивает диапазон регулирования от 10 до 150 эл. град. и применено в тиристорных регуляторах напряжения (ТРН) (фиг.3, б) для плавного пуска асинхронных электроприводов гидропрессов цеха 6 ОАО "Челябинский трубопрокатный завод". В состав ТРН входят фазосдвигающие устройства 1-3 по схеме на фиг.3, а, блок силовых ключей (СК) типа "диод - тиристор", максимально-токовая защита 4, времятоковая защита 5, защита от исчезновения фазного напряжения 6, логический элемент 7 функции "3ИЛИ", а также контур обратной связи по току исполнительного электродвигателя М (на фиг.3, б не показан). При срабатывании любой из защит на выходе блока 7 формируется сигнал "1", транзистор VT3 переходит в открытое состояние, что блокирует подачу на тиристоры импульсов управления. Технико-экономические показатели от внедрения ТРН с предлагаемым фазосдвигающим устройством рассмотрим на примере гидропресса 3 цеха 6 ОАО ЧТПЗ. В состав электрооборудования гидропресса рабочий и резервный насосы наполнения по 160 кВт каждый и 6 масляных насосов с приводными электродвигателями 10, 40, 75 (3 шт.) и 130 кВт соответственно. Режим работы электроприводов до реконструкции - непрерывный с управлением от систем прямого (релейно-контакторного) пуска, имеющих следующие основные недостатки:
- высокий уровень пускового тока электродвигателя, достигающего 10-кратного номинального значения, что требует повышенной мощности трансформаторной подстанции;
- перегрев механических и электротехнических компонентов электродвигателя и резкое сокращение срока его эксплуатации;
- преждевременный выход из строя технологических механизмов;
- износ и сокращение срока службы дорогостоящей релейно-контакторной аппаратуры, которая после распада СССР выпускается за пределами России;
- интенсивное старение дорогостоящих силовых кабельных линий из-за их повышенного нагрева. В результате за год отказ электрооборудования и технологических механизмов наносил ущерб предприятию на сумму в пределах 200 - 300 тыс. руб. Традиционный комплекс мероприятий по снижению потока отказов асинхронных электроприводов гидропрессов сводился к сокращению повторно-кратковременных режимов их работы и завышению мощности электродвигателей. Анализ состояния и режимов работы электроприводов гидропресса показал, что мощность приводных электродвигателей завышена следующим образом:
- насосы наполнения - на 50 кВт или на 45% относительно реально необходимой мощности электропривода;
- масляные насосы (75 кВт - 3 шт.) - завышение мощности на 25 кВт;
- масляный насос (130 кВт) - избыточная мощность 20 кВт. Таким образом, общее завышение потребляемой мощности электроприводами гидропресса составляет 145 кВт. Насос наполнения на гидропрессе работает в непрерывном режиме. При этом по технологии производства реально необходимое время работы данного механизма составляет 30 с при паузе между рабочими циклами не менее 1,5 мин. Таким образом, избыточное потребление средней мощности насосом наполнения составляет 120 кВт при мощности исполнительного электродвигателя 160 кВт. Однако перевод электропривода в повторно-кратковременный режим работы был невозможен из-за недостатков системы прямого пуска. Результаты обследования объекта показали, что парк асинхронных электродвигателей гидропресса практически на 100% состоит из электродвигателей, электрическая часть которых неоднократно подвергалась ремонту. При этом их кпд не превышает 60%, что более чем на 30% меньше реального кпд нового электродвигателя. Суммарная мощность всех электроприводов гидропресса (без учета резервного насоса наполнения) составляет 565 кВт. Следовательно, избыточное потребление электроприводами электроэнергии по причине послеремонтных ухудшений свойств магнитопровода электродвигателей находится в пределах 170 кВт. Переоснащение гидропрессов новыми электродвигателями без ТРН бессмысленно, так как в режиме прямого пуска срок службы электроприводов не превышает одного года. Сокращение затрат на электроэнергию за год работы электропривода определяется из соотношения

где N - стоимость одного кВА

1. Эффективность от перевода насоса наполнения в повторно-кратковременный режим работы составляет 230400 руб. в год. 2. Эффективность от снижения завышенной мощности электродвигателей - 278400 руб. в год. 3. Эффективность от замены парка электродвигателей на новые - 326400 руб. в год. С учетом затрат на приобретение новых электродвигателей реальный экономический эффект за первый год эксплуатации составляет порядка 50000 руб. 4. Эффективность от снижения потока отказов электро- и технологического оборудования и снижения затрат на ремонт и обслуживание - не менее 200000 в год. 5. Результирующий годовой экономический эффект для гидропресса равен 230400+278400+50000+200000=758800 руб. Срок окупаемости затрат на оснащение электроприводов гидропресса ТРН не превышает 11 месяцев.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Похожие патенты:
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для пуска и останова центробежных вибраторов, применяемых для очистки от налипания на стенках бункеров сыпучих материалов при их переработке
Способ пуска электродвигателя частотного привода с ограниченной мощностью источника питания // 2153759
Изобретение относится к частотным приводам с ограниченной мощностью источника питания
Изобретение относится к электротехнике
Модуль комплектно-блочной электроподстанции // 2115216
Изобретение относится к устройствам систем электроснабжения, в частности для питания электрических железных дорог постоянного и переменного тока, а также нетяговых потребителей (транспортных, сельскохозяйственных, промышленных и т.д.) и может быть использовано после установки в нем технологического оборудования и аппаратуры различного функционального назначения при сооружении комплектно-блочных электроподстанций любых типов и назначения
Трехфазный пусковой индукционный резистор // 2074498
Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к пусковым устройствам, применяемым для асинхронных двигателей с фазовым ротором
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для пуска трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутыми роторами
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов
Трехфазный индукционный пусковой резистор // 2046535
Электропривод переменного тока в.г.вохмянина // 2042257
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, требующих снижения момента при включении
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в промышленности, быту и сельском хозяйстве
Электропривод переменного тока // 2231208
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, где требуется глубокое регулирование скорости, высокая перегрузочная способность, обеспечение тяжелого пуска из стопорного режима и эксплуатация в загрязненных, влажных и агрессивных средах (электрическая тяга, шахтные подъемные механизмы и др.)
Способ пуска асинхронного электродвигателя // 2235410
Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам пуска асинхронных электродвигателей
Изобретение относится к устройствам управления электродвигателями переменного тока и может быть использовано для автоматического пуска и останова электродвигателей центробежных вибраторов, применяемых для очистки от налипания на стенках бункеров сыпучих материалов при их транспортировке и переработке
Система импульсно-фазового управления // 2248659
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления тиристорными регуляторами напряжения при пуске асинхронного электропривода
Изобретение относится к силовой электронике
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ограничения крутящего момента на валу асинхронного электродвигателя
Бесколлекторная машина переменного тока // 2265271
Изобретение относится к электротехнике и к электромашиностроению и может быть использовано в асинхронных и синхронных машинах
Трехфазный пусковой индукционный резистор // 2267220
Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к пусковым устройствам, применяемым для асинхронных двигателей с фазным ротором