Устройство адаптивного управления плавным пуском высоковольтных электроприводов Российский патент 2017 года по МПК H02P1/56 H02P1/58 H02P27/04 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроприводам переменного тока, и может быть использовано в нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности, машиностроении, коммунальном хозяйстве и в иных отраслях народного хозяйства для автоматизации плавного пуска высоковольтных электродвигателей (мощностью до десятков МВт) напряжением 6-10 кВ.

Известен реакторный способ пуска трехфазного электродвигателя, включающий подключение реактора к обмотке статора при пуске электродвигателя и его отключение при достижении электродвигателем достаточной угловой скорости с последующим включением электродвигателя непосредственно в сеть питания (Вольдек А.И. Электрические машины, М., Энергия, 1978, с. 563-570).

Недостатками данного способа пуска является снижение перегрузочной способности электродвигателя, потери в реакторе и значительное падение напряжения в сети.

Известен способ пуска трехфазного высоковольтного электродвигателя переменного тока с использованием второго электродвигателя, включающий соединение статорных обмоток указанных электродвигателей попарно-последовательно по схеме «общая звезда» и подачу на вход полученного электрического соединения номинального напряжения, а в качестве второго электродвигателя используют резервный электродвигатель соизмеримой мощности, ротор которого на время пуска затормаживают, а пускаемый электродвигатель разгоняют до частоты вращения, равной 0,45-0,5 его номинальной скорости вращения, после чего электрическое соединение статорных обмоток указанных электродвигателей разрывают, а в схему «общая звезда» или «общий треугольник» соединяют статорную обмотку пускаемого электродвигателя и разгоняют его до рабочей скорости (патент РФ №2415507, кл. Н02Р 1/26, Н02Р 1/28).

Недостатками известного способа пуска является значительное влияние пусковых токов на другое электрооборудование, находящееся в сети, падение напряжения, трудоемкость работ при пуске, повышенный износ электродвигателей из-за взаимозависимости конструкции пуска, недостаточная надежность схемы.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство плавного пуска, содержащее тиристорный преобразователь напряжения, включенный между статорной обмоткой двигателя и питающей сетью, датчики тока и напряжения, блок измерения электромагнитного момента, входы которого подключены к выходам датчиков тока и напряжения, и регулятор электромагнитного момента, вход обратной связи которого соединен с выходом блока измерения электромагнитного момента, а выход соединен с управляющим входом тиристорного преобразователя напряжения (патент US №5859514, кл. Н02Р 1/26, Н02Р 1/28).

Недостатками данного устройства является ограничение возможности его применения для пуска высоковольтных электродвигателей переменного тока, а также невозможность использования данной схемы в высоковольтном электроприводе.

Технической задачей изобретения является расширение области применения способа плавного пуска высоковольтных асинхронных электродвигателей с тиристорным управлением, повышение надежности и увеличение срока службы высоковольтных асинхронных электродвигателей.

Техническая задача достигается предлагаемым устройством адаптивного управления плавным пуском высоковольтных электроприводов. Устройство содержит выключатели и шину питания, участки кабельных линий, высоковольтные асинхронные электродвигатели (ВАД) - резервный и основной.

Новым является то, что в устройстве адаптивного управления плавным пуском высоковольтных электроприводов дополнительно в схему введены основная линия автоматизации с дополнительными коммутационными аппаратами (контакторы и выключатели), понижающим и повышающим трансформаторами, которые обеспечивают согласование высокого напряжения (6 кВ) и низкого напряжения питания (0,4 кВ), а также обеспечивают возможность использования для пуска и регулирования частоты вращения высоковольтных асинхронных электродвигателей низковольтного трехфазного регулятора напряжения (НТРН), при этом в схему введен резервный участок кабельной линии с выключателем, контактором и магнитным пускателем, обеспечивающий возможность запуска основного ВАД при выходе из строя НТРН, а для задания динамики разгона основного ВАД и регулирования частоты его вращения введен датчик частоты вращения, датчик напряжения статора, датчик тока статора и сумматор в цепи обратной связи и предусмотрен режим плавного пуска основного высоковольтного асинхронного электродвигателя, также введена система интеллектуально-фазового управления (СИФУ), которая получает информацию с датчиков частоты вращения, напряжения статора и тока статора и управляет основным высоковольтным асинхронным электродвигателем по минимуму в нем электромагнитных потерь, что обеспечивает минимизацию потребляемой электроэнергии в переходных режимах и процессах пуска.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом.

На чертеже представлена структурная схема устройства адаптивного управления плавным пуском высоковольтных электроприводов.

Устройство адаптивного управления плавным пуском высоковольтных электроприводов содержит участок питающей высоковольтной линии с выключателем 1, контактором 2 и шиной питания 3, основную линию автоматизации с выключателем 4, контакторами 5 и 9, а также понижающим трансформатором 6, низковольтным трехфазным регулятором напряжения 7, повышающим трансформатором 8, участком кабельной линии 11, датчиком напряжения статора 12, датчиком тока статора 13, основным высоковольтным асинхронным электродвигателем 15, датчиком частоты вращения 16 вала основного ВАД 15, сумматор в цепи обратной связи 17, систему интеллектуально-фазового управления 18, дополнительный участок кабельной линии 10 с выключателем 19, контактором 20 и резервным высоковольтным асинхронным электродвигателем 14, также в схему введен резервный участок кабельной линии 24 с выключателем 22, контактором 23 и магнитным пускателем 21.

Работа устройства адаптивного управления плавным пуском высоковольтных электроприводов реализуется следующим образом.

В нормальном режиме работы. Замыканием выключателя 1 и контактора 2 шина питания 3 по участку питающей высоковольтной линии получает питание от сети 6 кВ, 50 Гц. После чего получает питание участок основной линии автоматизации и происходит пуск основного ВАД 15 замыканием выключателя 4 и контакторов 5 и 9, при этом выключатель 22 и контактор 23 резервного участка кабельной линии 24 разомкнуты. Всеми операциями по замыканию и размыканию всех выключателей, магнитных пускателей и контакторов, включению и выключению резервного ВАД 14 и основного ВАД 15 управляет система интеллектуально-фазового управления 18. При пуске основного ВАД 15 СИФУ 18 получает сигналы от датчика напряжения статора 12, датчика тока статора 13, датчика частоты вращения 16 вала основного ВАД 15 и формирует динамику нарастания выходного напряжения на основном ВАД 15 с учетом обеспечения в нем минимума электромагнитных потерь и возможностью регулирования его скорости. Минимизация электромагнитных потерь в основном высоковольтном асинхронном электродвигателе 15 обеспечивается с помощью установки СИФУ 18, датчика напряжения статора 12, датчика тока статора 13 и датчика частоты вращения 16 вала основного ВАД 15.

В аварийном режиме работы. При выходе из строя НТРН 7 замыкается выключатель 22 и контактор 23 резервного участка кабельной линии 24, что позволяет магнитному пускателю 21 осуществить пуск основного ВАД 15 прямым пуском от шины питания 3 по участку питающей высоковольтной линии. При невозможности поддержания заданного технологического параметра (например, давление, расход или уровень в резервуаре), прямым подключением к сети от шины питания 3 по дополнительному участку кабельной линии 10 и замыканием выключателя 19 и контактора 20 запускается в работу резервный ВАД 14.

Техническим результатом, который достигается предлагаемым техническим решением от дополнительно включенных в него основной линии автоматизации, дополнительного участка кабельной линии 10 и резервного участка кабельной линии 24 с дополнительными датчиками, коммутационными и электротехническими аппаратами, системы интеллектуально-фазового управления 18 является:

- увеличение надежности работы всей схемы за счет обеспечения возможности запуска основного высоковольтного асинхронного электродвигателя напрямую от сети при выходе из строя НТРН;

- оптимальное задание динамики разгона и регулирование частоты вращения основного ВАД, что повышает качество переходных процессов и процессов пуска основного ВАД;

- обеспечение минимума электромагнитных потерь в основном высоковольтном асинхронном электродвигателе за счет введения системы интеллектуально-фазового управления и снижение стоимости всей системы за счет использования в цепи управления дополнительно включенного низковольтного трехфазного регулятора напряжения, а также повышающего и понижающего трансформаторов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в нефтегазодобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности, машиностроении, коммунальном хозяйстве и в иных отраслях народного хозяйства для автоматизации плавного пуска высоковольтных электродвигателей (мощностью до десятков МВт) напряжением 6-10 кВ. Техническим результатом является увеличение надежности работы всей схемы за счет обеспечения возможности запуска основного высоковольтного асинхронного электродвигателя напрямую от сети при выходе из строя низковольтного трехфазного регулятора напряжения (НТРН); оптимальное задание динамики разгона и регулирование частоты вращения основного высоковольтного асинхронного электродвигателя (ВАД), что повышает качество переходных процессов и процессов пуска основного ВАД; обеспечение минимума электромагнитных потерь в основном ВАД. Устройство адаптивного управления плавным пуском высоковольтных электроприводов содержит выключатели и шину питания, участки кабельных линий, высоковольтные асинхронные электродвигатели - резервный и основной. В устройство дополнительно введены основная линия автоматизации с дополнительными коммутационными аппаратами (контакторы и выключатели), понижающим и повышающим трансформаторами для согласования высокого напряжения (6 кВ) и низкого напряжения питания (0,4 кВ), низковольтный трехфазный регулятор напряжения, резервный участок кабельной линии с выключателем, контактором и магнитным пускателем, для запуска основного ВАД при выходе из строя НТРН, а для задания динамики разгона основного ВАД и регулирования частоты его вращения введены датчики частоты вращения, напряжения и тока статора и сумматор в цепи обратной связи и предусмотрен режим плавного пуска основного высоковольтного асинхронного электродвигателя. Система интеллектуально-фазового управления (СИФУ) получает информацию с датчиков частоты вращения, напряжения и тока статора и управляет основным (ВАД) по минимуму в нем электромагнитных потерь, что обеспечивает минимизацию потребляемой электроэнергии в переходных режимах и процессах пуска. 1 ил.

:

Устройство адаптивного управления плавным пуском высоковольтных электроприводов, содержащее выключатели и шину питания, участки кабельных линий, высоковольтные асинхронные электродвигатели - резервный и основной, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено основной линией автоматизации с дополнительными коммутационными аппаратами - контакторами и выключателями, понижающим и повышающим трансформаторами, с возможностью согласования высокого (6 кВ) и низкого (0,4 кВ) напряжения питания и использования для пуска и регулирования частоты вращения высоковольтных асинхронных электродвигателей низковольтного трехфазного регулятора напряжения, кроме того, в схему введен резервный участок кабельной линии с выключателем, контактором и магнитным пускателем для запуска основного высоковольтного асинхронного электродвигателя при выходе из строя низковольтного трехфазного регулятора напряжения, при этом для задания динамики разгона основного высоковольтного асинхронного электродвигателя и регулирования частоты его вращения включены датчик частоты вращения, датчик напряжения статора, датчик тока статора и сумматор в цепи обратной связи и предусмотрен режим плавного пуска основного высоковольтного асинхронного электродвигателя, при этом дополнительно введена система интеллектуально-фазового управления с возможностью получения информации с датчиков частоты вращения, напряжения статора и тока статора и управляющая основным высоковольтным асинхронным электродвигателем по минимуму в нем электромагнитных потерь с возможностью обеспечения минимизации потребляемой электроэнергии в переходных режимах и процессах пуска.