Частотно-регулируемый электропривод с блоком торможения

 

1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИЮД С БЛОКОМ ТОРМОЖЕНИЯ, содержащий трехфазную асинхронную маитну, подключенную к источнику постоянного напряжения через автономный инверторI основной тормозной резистор, один вывод которого подключен к одному из полюсов источника постоянного напряжения, а другой вывод через группу основных управляемых вентилей - к фазам асинхронной машины, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности торможения и улучшения массогабаритных показателей за счет уменьшения установленной мосцности ннвертора, в него введены не менее одного дополнительного тормозного резистора и соответствующая дополнительная группа управляемых вентилей, при этом один вывод дополнительного тормоз§ ного резнстора подключен к другому полюсу источника постоянного йа (Л пряжения, а другой вывод через дополнительную группу управляемь1Х вентилей - к фазам асинхронной машины, причем вентили основной и дополнительной указанных групп, подключенные к одной фазе асинхрон ,ной машины, образуют попарно плечи мостового выпрямителя. СП а N4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (!1) А

3!51) Н 02 P 3/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

К ABTOPCHO5iIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTNA (21) 3474789/24-07 (22) 26.07.82 (46) .23. 11.83. Бюл.. В 43 (72 ) A.Ä. Степанов, Р.М. Андреев, В.И. Андерс, Я.A. Брискман,М.Г.Колобов, А.A. Богатин, й).И. Гусевский и В.A. Лопатин (71). Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт кранового и тягового электрооборудования и Мос«овский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 62.83з621..313.333.072.9(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 748751 кл. Н 02 P 3/22, 1977.

2. Патент ФРГ В 1763871, кл. И 02 Р 3/22, 1977. (54 ) (57 ) 1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ

ЗЛЕКТРОПРИБОД С БЛОКОМ ТОРМОЖЕНИЯ, содержащий трехфазную асинхронную машину, подключенную к источнику постоянного напряжения через автономный инвертор основной тормозной резистор, один вывод которого подключен к одному из полюсов источника постоянного напряжения, а другой вывод через группу основных управляемых вентилей — к фазам асинхронной машины, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности торможения и улучшения массогабаритных показателей за счет уменьшения установленной мощности инвертора, в него введены не менее одного дополнительного тормозного резистора н соответствующая дополнительная группа управляемых вентилей, при этом один вывод дополнительного тормозного резистора подключен к другому полюсу источника постоянного Йапряжения, а другой вывод через дополнительную группу управляемых вентилей — к фазам асинхронной машины, причем вентили основной и дополнительной указанных групп, подключенные к одной фазе асинхронной машины, образуют попарно плечи мостового выпрямителя.

1056411

2. Электропривод по и. ), о тл и ч а ю шийся тем, что автономный инвертор выполнен в виде инвертора напряжения, а основной и дополнительный резисторы включены между разноименными полюсами мостового выпрямителя и источника постоянного напряжения.

3. Электропривод по п. 1, о тл и ч а ю шийся .тем, что автономный инвертор выполнен в видеинвертора тока, а основной и дополнительный резисторы включены между одноименными полюсами мостового выпрямителя и источника постоянного напряжения.

4. Электропривод по пп. 1 — 3, отличающийся тем,что введены два датчика тока, суммирующий элемент, компаратор и задатчик тока тормозного режима, при этом датчики тока включены соответственно в цепи основного и дополнительного тормозных резисторов последовательно, выходы через суммирующий

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях промышленности и транспорта, в частности на контактном и автономном электрическом под- 5 вижном составе с асинхронными короткозамкнутыми двигателями и преобразователями частоты.

Известен частотно-регулируемый электропривод с блоком торможения, 10 выполненный на базе трехфазной асинхронной машины, подключенной к источнику постоянного напряжения через мостовой автономный инвертор напряжения, параллельно одному из плеч которого подключена цепь, содержащая два последовательно включенных блока, каждый из которых состоит из тиристора и резистора, причем точка соединения блоков связана с точкой соединения основных тиристоров плеча инвертора (1).

Недостатком этого привода является неравномерность токовой нагрузки фаз асинхронной машины и вентилей инвертора, вызванная несимметричным подключением тормозных резисторов относительно выходных зажимов инвертора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является 30 частотно-регулируемый электропривод с блоком торможения, выполненный на базе трехфазной асинхронной машины, подключенной к источнику элемент подключены к одному из входов компаратора, другой вход которого соединен с задатчиком тока тормозного режима, а выход через формирователь управляющих импульсов - с управляющими электродами вентилей дополнительной группы.

5. Электропривод по пп. 1-3, о тличающийс я тем,что введены трансформатор постоянного тока, компаратор и задатчик тока

Ф тормозного режима, при этом первичные обмотки трансформатора постоянного тока включены последовательно с соответствующими тормозными резисторами,и подключены к полюсам источника постоянного напряжения, вторичная обмотка трансформатора постоянного тока подключена к одному из входов компаратора, другой вход которого соединен с задатчиком тока тормозного режима, а выход через формирователь управляющих импульсов,— с управляющими электродами вентилей дополнительной группы. постоянного напряжения через мостовой автономный инвертор, содержащий тормозной резистор, один вывод которого подключен к одному из полюсов источника постоянного напряжения, а другой через группу управляемых вентилей — к фазам асинхронной машины (21.

Недостатком известного устройства также является неравномерность .токовой нагрузки вентилей инвертора, вызванная несимметричным под— ключением тормозного резистора относительно входных зажимов инвертора. Кроме того, при необходимости расширения скоростного диапазона эффективного электрического торможения, например, для поддержания постоянного тормозного усилия в зоне скоростей, ниже номинальной, необходимо уменьшать эквивалентное сопротивление тормозного резистОра, т.е. увеличивать относительную длительность проводимости группы управляемых вентилей, поэтому. истинное сопротивление тормозного резистора, включаемого в цепь привода в известном устройстве выбирается минимальным, соответствующим минимальной скорости торможения с постоянным тормозньм усилием и, соответственно, полностью открытому состоянию группы управляемых вентилей (тормозного регулятора J. Это приводит к тому, что в зоне скоростей, выше номиналь1056411 ной, когда напряжение асинхронной машины максимально, тормозной pery= лятор работает с большой,скважностью.

При этом в течение большей части периода регулирования, в интервалах выключенного состояния регуля- 5 тора, приемйик энергии тормозной . резистор ) оказывается отключенным от генератора энергии — тормозящейся асинхронной машины, что ухудшает устойчивостэ торможения привода. В интервалах включенного состояния регулятора максимальное напряжение асинхронной машины прикладывается к тормозному резистору малого сопротивления, что существенно увеличивает предкоммутационные и эффективные токи через вентили инвертора и регулятора и, как следствие, установленную мощность силовых вентилей и коммутирующих устройств.

Указанные недостатки снижают 20 эффективность торможения электропривода и ухудшают его массогабаритные показатели.

Цель изобретения — повышение эф,фективности торможения привода,улуч- 25 шение массогабаритных показателей за счет уменьшения установленной мощности инвертора.

Поставленная цель достигается тем, что в частотно-регулируемый электропривод-с блоком торможения, содержащий трехфазную асинхронную машину, подключенную к источнику постоянного напряжения через автономный инвертор, основной тормозной резистор, один вывод которого подключен к одному из полюсов источника постоянного напряжения,, а другой через группу основных управляемых вентилей — к фазам асинхронной машины, введены не менее одного дополнительного тор- <0 мозного резистора и соответствующая дополнительная группа управляемых вентилей, при этом один вывод дополнительного тормозного резистора под-. ключен к другому полюсу источника 45 постоянного напряжения, а другой вывод через дополнительную rpyrmy управляемых вентилей — к фазам асинхронной машины, причем вентили основной и дополнительной указанных 50 групп, подключенные к одной фазе асинхронной машины, образуют попарно плечи трехфазного мостового выпрямителя.

При этом автономный инвертор выполнен в виде инвертора напряжения, а основной и дополнительный тормозные резисторы включены между разноименными полюсами мостового выпрями-. теля и источника постоянного напряжения. 60

Кроме того, автономный инвертор может быть выполнен в виде инвертора тока, а основной и дополнительный

/ тормозные резисторы включены между одноименными полюсами мостового выпрямителя и источника постоянного напряжения.

Причем в электропривод могут быть введены два датчика тока, суммирующий элемент, компаратор задатчик тока тормозного режима, при этом датчики тока вкпючены соответственно в цепи основного и дополнительного тормозных резисторов последовательно выходы которых через суммирукщий элемент подключены к одному из входов компаратора, другой вход которого соединен с задатчиком тормозного режима, а выход через формирователь управлякших импульсов — с управляюшими электродами вентилей дополнительной группы.

Кроме того, в устройство введены трансформатор постоянного тока, компаратор и задатчик тока тормозного режима, при этом первичные обмотки трансформатора постоянного тока включены пОследовательно с соответствующими тормозными резисторами и подключены к полюсам источника постоянного напряжения, вторичная обмотка трансформатора постоянного тока подключена к одному из входов компаратора, другой вход которого соединен с задатчиком тока тормозного режима, а выход через форМирователь управляющих импульсов — с управляющими электродами вентилей дополнительной группы.

На фиг, 1 представлена принципиальная схема частотно-регулируемого электропривода с блоком торможения и автономным инвертором напряжения; на фиг. 2 — то же, с блоком торможения и автономным инвертором тока; на фиг. 3 — блок-схема злектропривода для регулирования тормозного режима с индивидуальными датчиками тока тормозных резисто" ров; на фиг. 4 — то же, с датчиком суммы токов тормозных резисторов, . на фиг. 5 — совмещенные тормозные характеристики электропривода и регулировочная характеристика регулятора сопротивления. тормозного резистора.

Частотно-регулируемый электропривод содержит источник 1 постоянного напряжения (фиг . 1), автоном-. ный инвертор 2 напряжения с конденсатором 3 на входе, асинхронную машину 4, один, основной тормозной резистор 5, один вывод которого подключен к одному из полюсов (положительномуj источника 1 постоянного напряжения, а другой вывод через основную группу б управляемых вентилей — к фазам асинхронной машины 4.

В электропривод введены дополнитель.т. ные тормозные резисторы 7 и 8 и дополнительные группы 9 и 10 управляемых вентилей, причем вентили основной и дополнительной групп, подключенные к одной фазе асинхронной машины

1056411

4,образуют попарно плечи мостового выпрямителя.

При этом основной и дополнительные резисторы включены между разноименными полюсами моcòîâîãî выпрямителя и источника постоянного на- 5 пряжения. В электроприводе при выполнении инвертора в виде инвертора тока (фиг, 2 ), на входе которого включен дроссель 11, тормозные резисторы включены между одноимен- )p ными полюсами мостового выпрямителя и источника постоянного напряжения. Блок-схема электропривода для регулирования тормозного режима (фиг. 3) приведена в качестве иллюстраций для привода с инвертором напряжения и для случая использования только одного дополнительного тормозного резистора 7 и соответствующей группы 9 управляемых вентилей. Она содержит датчики 12 20 и 13 тока, включенные соответственно в цепь основного 5 и дополнительного 7 тормозных резисторов. Выходы датчиков 12 и 13 тока подключены к суммирующему элементу й5

14,, а выход последнего — к одному из двух входов компаратора 15. Второй вход компаратора соединен с задатчиком 16 тока тормозного режима, а выход через формирователь 17 3р управляющих импульсов подключен к управляющим электродам тиристоров дополнительной группы 9 управляемых вентилей. Дополнительный выход задатчика тормозного режима через дополнительный формирователь 18 управляющих импульсов подключен к управлякнцим электродам тиристоров основной группы 6 управляемых вентилей.

В упрощенном.,варианте электропри- вода (фиг. 4 ) датчики тока и сум- 4О мирующий элемент объединены в одном блоке-трансформаторе 19 тока,при этом первичные обмотки трансформатора 19 постоянного тока включены последовательно с соответствующими 45 тормозными резисторами 5 и 7 и под- . ключены к полюсам источника постоянного напряжения, вторичная обмотка трансформатора постоянного тока подключена к одному из входов компа- 5р ратора 15.

Электропривод (фиг, 1) работает ,следующим образом.

Рассмотрим вначале слуЧай, когда дополнительный резистор 8 и соответствующая дополнительная группа

10 управляемых вентилей отсутствуют.

В этом случае основная группа 6 управляемых вентилей постоянно включена в течение всего времени торможения, причем сопротивление .Р тормозного резистора 5 выбирается на основании следукнцего соотношения ()

Змокс то

TMKC 65

Ктр мозного резистора R = и коэффиТО циента заполнения регулятора тормозного резистора К выражается соотношением

4 t-и

К =й

З тр „+ при и+(1 (2) р (<+ I при п" r 1 -, (3)

1р

В частности, при равенстве сопротивлений основного 5 и дополнительного 7 тормозных резисторов Ryp= 1 реализуемая тормозная характерйстика соответ ствует кривой С (фиг. 5 а).

При этом в точке и"= 1 регулятор тормозного резистора (группа 9 управляемых вентилей ) полностью закрыт, а при и"ф 1 коэффициент заполнения

К регулятора изменяется (фиг. 5<)i

При и" < 0,5 и @+ 2 регулятор полностью открыт (tI 3 = 1) и эквивалентное сопротивление тормозного резисто тэ = 0 ° 5 кто

Из сказанного следует, что при необходимости могут быть раздельно реализованы участки тормозной характеристики С при и" С 1 и при

6 1. Если регулирование тормозного резистора предусмотрено тольгде )., — максимальное напряжение и мс КС на входе инвертора в тормозном режиме, Рт маркс.- максимальная тормозная мощность на зажимах асинхронной машины.

В соотношении (1 ) не учтены потери мощности в инверторе.

Энергия торможения асинхронной машины через группу обратных диодов инвертора 2 и группу 6 .управляемых ве тилей поступает в тормозной резистор 5, где превращается в тепло.

Если при этом дополнительная группа

9 управляемых вентилей в режиме торможения не включается, а входное.напряжение инвертора изменяется в соответствии с кривой 4 (фиг. 5O), то реализуемая тормозная характеристика — зависимость тормозного мЬмента Мт от частоты вращения и асинхронной машины — соответствует кривой В (фиг. 5 сн).

Для повышения эффективности торможения за счет поддержания постоянным ма ксималь ного тормоз ного момента при частотах вращения, больших или меньших номинальной (о" ) 1 или и" с 1 ), дополнительный тормозной резистор 7 с помощью дополнительной группы 9 управляемых вентилей периодически подключается к фазам асинхронной машины 4. При этом связь относительной частоты вращения асинхронной машины и, относительного

% сопротивления дополнительного тор1056411 ко при .n (1, то представляется дополнительная возможность уменьшить токовую нагрузку тиристоров регулятора, а также улучшить токораспределение между вентилями инвертора в диапазоне и+ ) 1 эа счет включения еще одного дополнительного тормозного резистора 8 и соответствукщей группы 10 управляемых

«вентилей (фиг. 11.

В этом случае сопротивления резисторов 5 и 7 равны и выбираются на основании соотношения

p p амакс т т = р

T макс

При этом в диапазоне n") 1 группы б и 9 управляемых вентилей и, соответственно, тормозные резисторы

5 и 7 постоянно включены, а группа

10 управляемых вентилей.и, соответст венно, тормозной резистор 8 выключены. Благодаря этому. в диапазоне и" 7 1 схема тормозного регулятора абсолютно симметрична относительно входных и выходных зажимов инвертора, что обеспечивает равномерную токовую нагрузку тиристоров и диодов инвертора, а также в следствие вдвое большего сопротивления тор лозных резистбров 5 и 7 по сравнению с дредыдушим случаем, приводит к снижению вдвое токовой нагрузки тиристоров управляемых групп 6 и 9 и уменьшению предкоммутационных токов инвертора.

В диапазоне и < 1 группы б и 9 управляемых,"вентилей по-прежнему остаются постоянно включенными, а группа 10 периодически подключает резистор 8 к фазам асинхронной машины 4 аналогично тому, как это было описано для группы 9 в случае использования только двухтормоэных резисторов 5 и 7.

При использовании в электроприводе инвертора тока (фиг. 2) напряжение на входе инвертора в тормоз- . ном режиме изменяет полярность, поэтому для передачи энергии асинхронной машины 4 в тормозные резисторы 5, 7 и 8 группы управляемых вентилей включаются так, как пока зано на фиг. 2, т.е. в отличие от привода с инвертором напряжения, тормозные резисторы включают между одноименными полюсами источника 1 постоянного напряжения и мостового выпрямителя, образованного

"основной 6 и любой из дополнительных

9 и 10 групп управляемых вентилей.

Диапазоны скоростей,. в которых включены основная б и дополнитель,ные 9 и 10 группы управляемых вентилей, аналогичны описанному.

Для реализации тормозной характеристики С (фиг. 5af в диапазоне, и (1 целесообразен режим управления состояший в том, что хотя бы одну из групп управляемых вентилей, например группу б, оставляют постоянно включенной,а коэффициент заполнения хотя бы одной из оставшихся групп управляемых вентилей, например группы. 9 (фиг. 3 ), регулируют таким образом, чтобы сумма токов тормозных резисторов 5 и 7 оставалась на пос10. тоянном уровне, соответствующем заданному сигналу уставки. Реализуемая при этом зависимость К =Е(п ) г диапазоне n+41 соответствует представленной на фиг. 5 6 .

Устройство, представленное на фиг. 3, работает следуюшим образом.

При переходе электропривода в тормозной режим по сигналу задатчика 16 формирователь 18 переводит основную группу б тиристоров в режим работы диодной выпрямительной схемы, подключая тормозной резистор 5 к входу и выходу инвертора. Одновременно на вход компаратора 15 подается напряжение уставки 0, соответствующее току, протекающему по тормозному резистору 5 при заданном максимальном напряжейии на входе инвертора и драке 3 = dмакс о

30 то.

Если и )1, значение тока Зо, иэ9 меренное датчиком 12 тока, соответствует заданному сигналу уставки,и с выхода компаратора 15 на вход формирователя 17 поступает сигнал,. запрещакнций включение группы

9 управляемых вентилей. При п" (1 напряжение Ud на входе инвертора уменьшается (кривая А, фиг. 5 а j значение тока, протекающего гю

40 резистору 5, становится меньше Эо а напряжение обратной связи Оос на входе компаратора 15 меньше напряжения уставки U> . При этом с выхода компаратора 15 на вход формиро45 вателя 17 поступает разрешающий сигнал на включение группы 9 управляе мых вентилей. Через резистор 7 также начинает протекать ток, который измеряется датчиком 13 тока. Элемент

14 суммирует сигналы, пропорциональные токам тормозных резисторов 5 и 7, а сигнал суммы токов поступает на вход компаратора 15 в,виде сигнала обратной связи. Как только сумма токов тормозных резисторов достигает .и становится несколько больше 3О напряжение 0цд превышает 0, при этом компаратор 15 выключает группу

9 управляемых вентилей, и, соответственно, тормозной резистор 7. Далее цикл повторяется. Каждому значению

n" и, соответственно, каждо лу значению U при заданном напряжении соответствует вполне определенное соотношение времен включенного и выф5 ключенного состояний группы 9, т.е.

1056411

10 вполне определенный коэффициент за-, полнения регулятора. Реализуемая при этом зависимость,KЗ- fin ) . при ,Ф =Р в соответствует представленной на фиг. 5 8 в диапазоне " = 0,5-1.

Благодаря подцерживанию пьстоянной 5 суммы токов тормозных резисторов при уменьшающемся пропорционально ско- рости напряжении V s определенном диапазоне скоростей ниже номинальной

tn"(1) предлагаемое устройство подцер 10 живает постоянным максимальное значение тормозного момента, что расширяет тормозные воэможности электропривода.

Отличие устройства, представленного на фиг. 4, от описанного состоит в том, что измерение токов тормозных резисторов 5 и 7 производится не индивйдуальныу Датчиками тока, а общим трансформатором 19 постоянного тока, одна первичная обмотка которо-., го подключает тормозной резистор 5 к положительному полюсу источника 1, а вторая первичная обмотка подключает тормозной резистор 7 к отрицательному полюсу источника 1. Tpascформатор 19 постоянного тока 19 одновременно осуществляет электромагнитное суммирование токов тормозных резисторов, поэтому, необходимость в дополнительном сумматоре отпадает, и напряжение "асс с выхода датчика, а именно с выхода нагруэочного резистора в цепи вторичной обмотки трансформатора постоянного тока, поступает непосредственно на одйн иэ входов компаратора 15.

Изобретение позволяет уменьшить износ механических тормозов, повысить производительность транспортных средств эа счет расширения области действия электрического торможения, уменьшить габариты, стоимость H повысить надежность преобразовательной установки эа счет сни жения установленной мощности коммутирующих устройств, улучшения токо,распределения между вентилями инвер,тора и исключения интервалов, работы асинхронной машины при отключенном тормозном резисторе.

105641" фиг.5

Фж1

1056411

Составитель В. Тарасов

Редактор A. Шишкина Техред X .Кастелевиц Корректор Г. Решетник

Заказ 9334/53 Тираж 687 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4