Устройство для торможения частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к статическим преобразователям частоты со звеном постоянного тока. Цель изобретения - повышение эффективности торможения в широком диапазоне регулирования скорости двигателя. Устройство содержит, частотно-регулируемый электродвигатель 1, управляемый выпрямитель 2 с системой управления 3, регулятор тока 4, датчик тока 5, LC-фильтр 6, инвертор 7, систему управления 8, задающий генератор (ЗГ) 9. Кроме тоГ«П 9«t.r

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СО 1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУбЛИК

„„SU„„1241391 (Л1) 4 Н 02 P 3/24

COB nr

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)В, ; „ l3 вЯЬЛМОЛМА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3501350/24-07 (22) 20.10.82 (46) 30.06.86. Бюл. Ф 24 (7i) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А.В.Волков (53) 621.316. 71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 661706, кл. Н 02 P 7/42, 1976.

Лихошерст В.И., Копырин В.С. Динамика асинхронного электропривода при инверторном торможении. — Изв.

Вузов. Горный журнал, 1975, Р 9, с. 127-131. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОРМОЖЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО АСИНХРОННОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическим преобразователям частоты со звеном постоянного тока. Цель изобретения повышение эффективности торможения в широком диапазоне регулирования скорости двигателя. Устройство содержит. частотно-регулируемый электродвигатель 1, управляемый выпрямитель 2 с системой управления 3, регулятор тока 4, датчик тока 5, ЬС-фильтр 6, инвертор 7, систему управления 8, задакнций генератор (ЗГ) 9. Кроме того, устройство содержит блок управления торможением (БУТ) 17, датчик напряжения 10, регулятор частоты (РЧ) 11, пульт управления 12, широтно-импульсный прерыватель 16, Введение блока двухзонного регулирования

13 и датчика частоты 15, интегрального регулятора тока 14 и выполнение

БУТ 17 на генераторе опорного напряжения 18, компараторе 19 и формиро1241391 вателе импульсов 20 упрощает и сныкает стоимость устройства с регулированием интенсивности торможения электродвигателя. Это достигается управлением скважностью времени подключения резисторов динамического торможения, а расширение диапазона регулирования скорости — изменением частоты выходного напряжения выше номинального значения . 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-управляемым электроприводам, и может быть использовано в химической, горнодобывающей, металлургической и других отраслях промьппленности для торможения асинхронных электроприводов, питающихся от статических преобразователей частоты со звеном постоянного тока и не имеющих устройств 1О цля рекуперации энергии s сеть.

Цель изобретения — повышение эффек тивности торможения в широком диапазоне регулирования скорости двигателя. 15

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для торможения частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя; на фиг. 2 — временные диаграммы работы блока управпения торможением; на фиг. 3 — временные диаграммы работы блока широтноимпульсного прерывателя тока.

Функциональная схема устройства для торможения частотно-регулируе- д мого электродвигателя 1 (фиг. 1).содержит управляемый выпрямитель 2 с системой управления выпрямителем 3, соединенной своим входом с выходом регулятора 4 тока, подключенного од- .з иим из своих входов с выходом датчика 5 тока управляемого выпрямителя, сглаживающий ЬС фильтр б, включенный между выходом управляемого выпрямителя 2 и входом инвертора 7, к выходу которого подключен асинхронный электродвигатель 1, сис тему 8 управ,пения инвертором, соединенную входом с выходом задающего генератора 9, один из входов которого подключен к выходу датчика 10 ЭДС или напряжения

2 электродвигателя, регулятор 11 частоты, подсоединенный одним из своих входов с одним из выходов пульта 12 управления, блок 13 двухзонного регулирования, интегральный регулятор

14 тока, датчик 15 частоты, широтно-. импульсный прерыватель 16 тока тормозного резистора, подключенный параллельно входу инвертора 7, и блок

17 управления торможением, содержащий последовательно соединенные генератор 18 опорного напряжения, компаратор 19 и формирователь 20 импульсов.

Регуля"гор 11 частоты своим вторым входом через датчик 15 частоты связан с выходом задающего генератора

9, а выходом — с одним из входов интегрального регулятора 14 тока, подключенного вторым своим входом к выходу датчика 5 тоха управляемого выпрямителя, а вьмодом — к второму входу регулятора 4 тока, подсоединенного третьим своим входом к выходу датчика 10 ЭДС или напряжения электродвигателя, а второй вход задающего генератора 9 соединен с вьмодом блока 13 двухзонного регулирования, подсоединенного своими входами к выходу датчика 10 ЭДС или напряжения электродвигателя и второму выходу пульта 12 управления. Второй из входов компаратора 19 подключен к выходу регулятора 11 частоты, а выход формирователя 20 импульсов соединен ,с управляющим входом широтно-импульсного прерывателя тормозного резистора, Функциональная схема блока широтно-импульсного прерывателя 16 тока тормозного резистора содержит две параллельно включенные электрические

35 ф

af = f -fp0, вследствие чего регулятор 11 частоты формирует на своем выходе сигнал задания входного тока инвертора положительной полярности (ь 0) ° что соответствует сигналу задания тока

3 1241 цепочки, первая из которых состоит из последовательно соединенных тормозного резистора 21 и тиристора 22, вторая — из последовательно соединенных резистора 23, дросселя 24 и тиристора 25, причем между общими точками соединения тормозного резисто-, ра 21 и тиристора 22 первой цепочки и резистора 23 и дросселя 24 второй цепочки подключен конденсатор 26.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы работы блока 17 управления торможением, при этом используются следующие обозначения: f, f — сигналы соответственно задания на часто- 15 ту и обратной связи по частоте (формируемые соответственно на первом выходе пульта 12 управления и выходе датчика 15 частоты); „ — сигнал

° ф задания активной проекции статорного тока, формируемый на выходе регулятора 11 частоты, U, U z, U

П вЂ” выходные сигналы соответственно генератора 18 опорного напряжения, компаратора 19 и формирователя 20 импульсов.

На фиг. 3 приведены временные диаграммы широтно-импульсного прерывателя 1б тока тормозного резистора.

При этом используются следующие обо30 значения: >, i — соответственно токи тиристоров 22 и 25, Uzq — напряжение на дросселе 24; Uz< — напряжение на конденсаторе 26, Пд и

0 - выходные сигналы блока 17 управления торможением, являющиеся управляющими сигналами для тиристоров соответственно 22 и 25.

Устройство работает следующим образом.

На один из входов регулятора 11 частоты с выхода пульта 12 управления поступает сигнал задания на частоту f на другой вход — сигнал отрицательной обратной связи по частоте, формируемый на выходе датчика

15 частоты.

Рассмотрим режим разгона электродвигателя 1. Этому режиму соответствует рассогласование 6 Г сигналов на входе регулятора 11 частоты

391 4 проводящего направления тиристоров нереверсивного управляемого выпрямителя 2. Посредством канала управления напряжением устройства, состоящего из интегрального регулятора 14 тока, регулятора 4 тока, системы управления выпрямителем 3, нереверсивного управляемого выпрямителя 2 и датчика 5 тока управляемого выпрямителя, осуществляется регулирование входного тока инвертора i на задан.ф ном уровне iz (при требуемом быстродействии и качестве переходньпс процессов регулирования тока). При этом входной ток инвертора ig примерно пропорционален активной составляющей статорного тока двигателя, создающей электромагнитный момент ц асинхронного двигателя 1 (это следует из баланса активных мощностей на входе и выходе инвертора 7 при пренебрежении активными потерями в инверторе

7 и двигателе 1).

Посредством канала управления частотой, состоящего из задающего генератора 9, системы 8 управления инвертором, инвертора 7, блока 13 двухзонного регулирования и датчика 10

ЭДС или напряжения электродвигателя, обеспечивается регулирование частоты

f пропорционально ЭДС E (или напряжения о) .электродвигателя при частоте f ниже номинального значения f„, и изменение частоты беэ изменения

ЭДС Е (напряжения О) — при частоте f выше номинального значения. При этом значение выходной частоты f импульсов задающего генератора 9 описывается выражением

Uwo Е

U13 U43 где U„ — входной сигнал задающего .генератора 9, поступающий с выхода датчика 10 ЭДС или напряжения (Ц Е);

U — опорный сигнал задающего генератора 9, поступающий с выхода блока 13 двухзонного регулирования.

В первой зоне работы (при частоте

f ниже номинального значения Е„ ) иа входе блока двухзонного регулирования 13 выполняется условие е" 1g ° f p „.f = е, где Е, Š— соответственно сигнал

1 задания ЭДС, поступающий

5 124 l3 с второго выхода пульта

12 управления, и сигнал обратной связи по ЭДС, поступающий с выхода датчика 10 ЭДС или напряже5 ния электродвигателя, — номинальное значение потокосцепления электродвигателя, При этом блоком 13 двухзонного регулироваиия формируется выходной сигнал постоянной величины Ц5 const, значит устройством реализуется закон частотного управления при постоянстве потокосцепления

Е/f const.

Во второй зоне работы (при частоте Е вьппе номинального значения й„) на входе блока 13 двухзонного регулирования нарушается условие (3), вследствие чего блок 13 двухзонного регулирования изменяет (уменьшает) величину своего выходного сигнала Уц до такой величины, чтобы на его вхо-. де поддерживалось равенство Е " = Е, Реализуемый во второй зоне закон частотного управления при постояно ствФ ЭДС электродвигателя Е Е

" 1 f,t const достигается за счет обратно пропорционального изменения потокосцепления Г двигателя от часЕ Ф

При создании магнитного потокосцепле35 ния машины и формирования устройством активной составляющей дп статорного тока двигателя электродвигателем

1 развивается электромагнитный момент согласно выражению

P 1 4 вследствие чего электродвигатель разгоняется до заданной частоты f

45 согласно основному уравнению электропривода

p-/ ы

du)

50 где р - момент статического сопротивления, J — - приведенный момент инерции привода; — скорость двигателя.

При достижении заданного значения частоты f рассогласование 4 Г на входе регулятора 11 частоты стано91 ь вится равным нулю, регулятором 11 частоты формируется выходной сигнал задания активной составляющей статорного тока постоянной амплитуды, соответствующей созданию электродвигателем электромагнитного момента Р> равного моменту статического сопротивления

4, = Pe

При этом электродвигатель 1 переходит в режим работы при установившейся скорости.

Рассмотрим режим торможения электродвигателя 1. Этому режиму соответствует рассогласование сигналов задания и обратной связи на выходе регулятора частоты, вследствие чего регулятор 11 частоты формирует на своем выходе сигнал 1О. отрицательной полярности (ф(О), что соответствует сигналу задания тока нереверсивного управляемого выпрямителя

2 в непроводящем направлении тиристоров. При этом управляемый выпрямитель 2 переводится в инверторный режим и его тиристоры закрываются.

Одновременно с закрытием нереверсивного выпрямителя 2 уровень сигнала

ig регулятора 11 частоты становится ниже уровня выходного сигнала генератора 18 опорного напряжения, изменяется на положительную полярность выходного сигнала компаратора 19 (фиг. 2). В момент наличия положительньм импульсов на выходе компаратора 19 формирователем 20 импульсов формируется импульс управления Uqg 4 на включение тиристора 22 блока 16 динамического торможения. Тиристор

22 включается через электрическую цепочку: резистор 21 — открытый тиристор 22, разряжается конденсатор фильтра 6, а также протекает ток из цепи: статорные обмотки электродвигателя 1 — вентили моста обратных диодов инэертора 7. Таким образом, на резисторе 21 рассеивается мощность, запасенная конденсатором

С фильтра 6, и электромагнитная и кинетическая энергии, запасенные электродвигателем 1, вследствие чего. обеспечивается режим торможения электродвигателя 1.

При включенном тиристоре 22 блока конденсатор 26 заряжен до напряжения, равного напряжению на конденсаторе фильтра 6, полярностью, по7 1241 казанной на фиг. 1 ° В.момент окончания импульса положительной полярности U<< на выходе компаратора 19 (фиг. 2) посредством формирователя

20 импульсов снимается импульс управ. ления Ugp 1с тиристора 22 и формиру" ется узкий управляющий импульс на включение тиристора 25. При включении тиристора 25 к тиристору 22 прикладывается напряжение обратной полярности, равное напряжению на конденсаторе 26, вследствие чего тирис- тор 22 закрывается. После переэаряда конденсатора 26 по цепи: источник напряжения в виде моста обратных дио- 15 дов инвертора 7 — резистор 21 — конденсатор 26 — дроссель 24 — тиристор 25 происходит выключение тиристора. 25, после чего конденсатор 26 разряжается до нуля через последовательно соединенные резисторы 21 и

23 (фиг. 3).

Задание темпа торможения электро" двигателя 1 осуществляется заданием темпа изменения (уменьшения) сигна- 25 па на частоту f, формируемого на первом выходе пульта 12 управления.

При этом величина отклонения ДЕ сигнала задания на частоту ft и сигнала фактической отрицательной обрат30 ной связи по частоте f на входе регулятора 11 частоты определяет величи-ну выходного сигнала iq» (i (0) регулятора 11 частоты. Величина указанного сигнала i отрицательной поа лярности определяет скважность положительных импульсов выходного сигнала Ц п компаратора 19,.а значит скважность управляющих импульсов U>+ma включение тиристора 22 блока 16.

При изменении скважности включения тиристора 22 изменяется интенсивность рассеяния энергии на тормозном резисторе 21 (отдаваемой конденсатором С фильтра и электродвигателем 1) таким образом, чтобы, темп торможения электродвигателя 1 совпадал с заданным темпом изменения сигнала на частоту f" (фиг., 2).

В предлагаемом устройстве достигается режим торможения электродвига- О теля 1 с произвольной скорости до нуля и режим подтормаживания с выс- . шей скорости на более низкую. В последнем случае при достижении электродвигателем 1 заданного значения низкой частоты изменяется из отрицатель" ной на положительную полярность выходного сигнала ig регулятора 11

° Ф

391 8 частоты, выключаются тиристоры 22 и

25 блока 16, нереверсивный выпрямитель 2 переводится в выпрямительный режим (с проводящим направлением тиристоров). Посредством канала управления напряжением устройства поддерживается заданное значение тока, требуемое для создания электромагнитного момента, », равного моменту статического сопротивления ply .

Изобретение упрощаст и снижает стоимость. устройства с регулированием интенсивности торможения электродвигагеля. Регулирование интенсивности торможения электродвигателя осуществляется широтно-импульсным прерывателем тока тормозного резистора и блоком управления торможением, в результате этого обеспечивается режим торможения асинхронного двигателя (с рассеиванием электромагнитной и кинетической энергий, накопленных электродвигателем, на активных резисторах) при управлении скважностью времени подключения резисторов динамического торможения.

Расширение диапазона регулирования скорости вьппе номинального значения достигается посредствам изменения блоком двухзонного регулирования выходной частоты вьппе номинального значения при постоянстве напряжения (ЭДС) электродвигателя, а устойчивый и эффективный режим торможения при таких частотах в зоне ос-;. лабления магнитного потокосценления е электродвигателя обеспечивается в устройстве посредством выполнения внешнего регулятора в виде регулятора частоты, т.е. с обратной связью по частоте статора или частоте вращения ротора электродвигателя. При этом расширяется область применения предлагаемого устройства на ряд общепромышленных механизмов, работающих при постоянстве напряжения (ЭДС) электродвигателя в зоне ослабления потокосцепления, в частности на моталки.

Феормула изобретения

Устройство для торможения частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя,.содержащее инвертор, к выходу которого подключен асинхронный электродвигатель, широтноимпульсный прерыватель тока тормозного резистора, подключенный парал1241391 лельно к входу инвертора,есистему управления инвертором, соединенную входом с выходом задающего генератора, блок управления торможением, подсоединенный между выходом регулятора частоты и входом широтно-импульсного прерывателя, датчик йапряжения электродвигателя, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения эффективНости торможения в ши- 1О

Цэ, Еи

4о-т

Upy=g

О фие. 3

ВНИИПИ Заказ 3609/52 тиава 631

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4о гг

4и

0 роком диапазоне регулирования скорости,в него введены блок двухзонного регулирования и датчик частоты, при этом датчик частоты подсоединен выходом к одному из входов регулятора частоты,. а задающий генератор своими двумя входами — к выходам соответственно датчика напряжения электродвигателя и блока двухэонного регулирования.