Устройство для бесперебойного электроснабжения Советский патент 1976 года по МПК H02J9/00 

1

Изобретение относится к области защиты системы согласованного вращения электроприводов.

В настоящее время применяются устройства для защиты электрического вала от выпадения машин из синхронизма нри перебое в централизованном электроснабжении, которые выполнены в виде аварийного генератора с маховиком на валу и используются в качестве вспомогательных источников электропитания.

Такие устройства получили применение в тяжелых токарно-винторезных станках, где для связи главного привода планшайбы с приводом подачи суппорта вместо ходового винта установлен электрический вал. При внезапном перебое в централизованном электроснабжении синхронная связь между главным приводом и приводом подачи суппорта нарушается, что может привести к порче дорогостоящих деталей, находящихся в обработке. В этом случае наряду с аварийным отводом резца с целью защиты от возможного брака используется вспомогательный источник в виде генератора с маховиком, поддерживающий за счет энергии, запасенной в маховых массах, согласованное вращение электроприводов вплоть до полной остановки станка.

Известны устройства для бесперебойного электроснабжения машин электрического вала, где вспомогательным аварийным источником питания служит синхронный генератор. В период нормальной эксплуатации установки (станка) синхронный генератор вращается с помощью приводного асинхронного двигателя, возбужден и работает параллельно с общей сетью. При перебое в централизованном электроснабжении питание машин электрического вала вплоть до их полной согласованной остановки осуществляется за счет энергии, запасенной в маховых массах генератора. Устройства защиты с синхронным генератором не получили широкого распространения из-за громоздкости и высокой стоимости, обусловленной необходимостью в дополнительном приводном асинхронном двигателе и возбудителе.

В отличие от устройства с синхронным генератором предложенное устройство защиты

не нуждается в дополнительном приводном двигателе.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство защиты с асинхронным самовозбуждающимся генератором. Для асинхронного генератора также не требуется дополнительного приводного двигателя. Асинхронная машина, выполняющая функции асин хронного генератора, пускается в ход как обычный асинхронный электродвигатель. В

период нормальной эксплуатации станка

асинхронная машина работает в двигательном режиме, вращая маховик. При перебое в централизованном электроснабжении асинхронная машина возбуждается реактивным током конденсаторной батареи, нереходит в генераторный режим и становится аварийным источником электропитания для системы электрического вала.

Однако следует отметить резкую зависимость напряжения асинхронного самовозбуждающегося генератора от скорости вращения. По мере уменьшения скорости вращения маховика напряжение на зажимах генератора быстро падает. Компенсация снижения напряжения путем увеличения начальной емкости конденсаторной батареи приводит к недопустимому возрастанию тормозного момента на валу генератора. Причем тормозной момент может в несколько раз превысить номинальное значение даже при работе генератора вхолостую.

Таким образом, к недостаткам устройства защиты с самовозбуждающимся асинхронным генератором следует отнести большой тормозной момент, возникающий на валу при конденсаторном возбуждении, завыщенные размеры маховика, а также больщую емкость конденсаторной батареи.

С целью облегчения условий пуска и возбуждения асинхронного генератора за счет введения дополнительного возбуждения со стороны роторных цепей в предлагаемом устройстве между двумя фазами ротора замкнутыми накоротко и третьей фазой включена емкость, зашунтированная цепью из дросселя и вентильного моста, который через согласующий трансформатор подключен к основному источнику питания и статорной обмотке асинхронного генератора.

Включение емкости между двумя замкнутыми накоротко фазами ротора и третьей фазой, а также шунтирование этого участка цепью из вентильного моста, позволяет увеличить активную составляющую роторного тока и тем самым облегчить условия пуска асинхронной машины, работающей в режиме одновременного возбуждения. Применение одновременного возбуждения асинхронного генератора реактивным током конденсаторной батареи, подключенной к статорной обмотке, и постоянным током со стороны роторной цепи облегчает условия самовозбуждения и уменьшает зависимость напряжения на зажимах генератора от скорости вращения. Следствием этого является меньшая емкость конденсаторов возбуждения, меньший тормозной момент и меньшие размеры маховика.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

К обмотке статора асинхронного генератора 1, соединенной с машинами 2 и 3 электрического вала, подключена батарея конденсаторов 4. Емкость батареи выбирается достаточной для возникновения процесса самовозбуждения. На валу генератора расположен маховик Гх

К роторной обмотке, две фазы которой замкнуты накоротко, подводится напряжение возбуждения от выпрямителя, содержащего согласующий трансформатор 6 и вентильный мост 7. Включение в цепь ротора вентильного моста, дросселя 8 и емкости 9, выполняющих дополнительную роль сглаживающего фильтра, облегчает условия пуска и возбуждения асинхронного генератора.

Пуск асинхронного генератора 1 производится одновременно с подключением мащин 2 и 3 электрического вала к основному источнику питания путем замыкания выключателя 10.

Выключатель выполняет еще одну вспомогательную функцию - отключает участок цепи, содержащий асинхронный генератор 1

и машины электрического вала от общей цеховой сети при перебое в централизованном электроснабжении с тем, чтобы энергия, запасенная в маховых массах, не расходовалась на других потребителях, подключенных к общей цеховой сети, а использовалась по назначению: для поддержания синхронного выбега машин электрического вала. В установке функцию выключателя 10 выполняет магнитный пускатель нлн контактор. При перебое в

централизованном электроснабжении подается импульс на отключение выключателя 10. Импульс подается с помощью любого устройства, реагирующего на изменение направления потока мощности, например с помощью

серийно выпускаемого реле направления мощности.

Устройство работает следующим образом. Для пуска асинхронного генератора 1 включается выключатель 10. При этом осуществляется асинхронный запуск, в процессе которого машина разгоняется до скорости, близкой к синхронной, затем автоматически втягивается в синхронизм. В период нормальной эксплуатации станка асинхронная мащина 1 работает в двигательном режиме, раскручивая маховик 5 и запасая механическую энергию на случай перебоя в электроснабжении.

При перебое в централизованном электроснабжении асинхронный генератор 1, самовозбуждаясь реактивным током конденсаторов 4 со стороны статорной цепи и постоянным током со стороны роторной цепи, становится вспомогательным источником питания для мащин 2 и 3 электрического вала и обеспечивает синхронность их свободного выбега вплоть

до полной остановки электроприводов станка.

Одновременно подается импульс на отключеиие выключателя 10.

Одновременное возбуждение асинхронного

генератора реактивным током со стороны статорной цепи и постоянным током со стороны роторной цепи позволяет облегчить условия пуска и возбуждения асинхронной машины для перехода в генераторный режим. Дополнительное возбуждение со стороны роторной

цепи уменьшает .зависимость напряжения генератора от скорост вран1,ен11я .чала. С.псдстинем этого янляется мен1,1ная необходимая для возбуждения емкость конденсаторной батареи, меиьши тормозной момент, меньшие размеры маховика. По данньпг расчета и опытной проверки работы предлагаемого устройства при одновременном возбуждении асинхронного генератора емкость конденсаторов возбуждения уменьшается в 3 раза. Размеры маховика сокращаются на 30%.

Формула изобретения

1. Устройство для бесперебойного электроснабжения, содержаш.ее основной источник трехфазного электропитания, выключатель и

доиолнитель11ый источник питания -- асинх|joiiHbiA генератор с маховиком и конденсаторным 1 о: бужлеи)1ем со стороны статорной обмотки, отличающееся тем, что, с целью облегчения условий нуска и возбуждения асинхронного генератора за счет введения дополнительного возбуж.дения со стороны роторных ценей, между двумя фазами ротора, замкнутыми накоротко, и третьей фазой включена емкость, зашунтированная ценью из дросселя и вентильного моста, который через согласуюший трансформатор подключен к основному источнику питания и статорной обмотке асинхронного генератора.

2. Устройство но н. 1, отличающееся тем, что вместо вентильного моста включена акк муляторная батарея.