Устройство для торможения асинхронного электродвигателя

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных областях промьппленности, х частности на контактном и автономном электрическом подвижном составе. Целью изобретения является повышение , эффективности торможения и уменьшение массогабаритньш показателей путем эффективного использования и уменьшения суммарной расчетной мощности оборудования. Указанная цель достигается введением в устройство торможения асинхронного двигателя управляемых ключей 17 и 18, блока 20 переключений, блока 21 уставок и включением датчика тока 10 и основного тормозного резистора 8 между общим выводом анодной группы вентилей 4 блока 3 главных тиристоров и плюсовым зажимом источника 2 постоянгного напряжения, а датчика тока 11 и дополнительного тормозного:резистора 9 - между отрицательным зажимом источника 2 и общим выводом катодной группы вентилей 5 блока 3. Устройство позволяет осуществлять реостатное торможение с предельным значением тормозного момента в широком диапазоне вплоть до двойной номинальной частоты вращения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. § (Л С ibut. L

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (51) 4

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3952510/24 — 07 (22) 04.07.85 (46) 07.10.87. Вюл. К 37 (71) Московский энергетический институт и Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт тяжелого электромашиностроения Харьковского завода

"Электротяжмаш" им.В.И.Ленина (72) А.Д.Степанов, В.И.Андерс, М.Г.Колобов, А.А.Богатин, Ю.И.Гусевский, В.Г.Грапонов, В.А.Лопатин и С.В.Шилов (53) 62-83:621.316.719.3 (088.8) (56) Патент ФРГ Р 1763871, кл. Н 02 P 3/22, 1977.

Авторское свидетельство СССР.

)(- 1056411, кл. Н 02 P 3/22, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОРМОЖЕНИЯ

АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных областях промьппленности, частности на контактном и автономном электрическом подвижном составе.

Целью изобретения является повышение, эффективности торможения и уменьшение массогабаритных показателей путем эффективного использования и уменьшения суммарной расчетной мощности оборудования. Указанная цель достигается введением в устройство торможения асинхронного двигателя управляемых ключей 17 и 18, блока 20 переключений, блока 21 уставок и включением датчика тока 10 и основного тормозного резистора 8 между общим выводом анодной группы вентилей 4 блока 3 главных тиристоров и плюсовым зажимом источника 2 постоян+ ного напряжения, а датчика тока 11 и дополнительного тормозного резистора 9 — между отр)(цательным зажимом источника 2 и общим выводом катодной группы вентилей 5 блока 3. Устройство позволяет осуществлять реостатное торможение с предельным значением тормозного момента в широком диапазоне вплоть до двойной номинальной частоты вращения. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1 14 3529

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных областях промышленности и транспорта, в частности на контактном и автономном электрическом подвижном составе с асинхронными короткозамкнутыми двигателями и преобразователями частоты.

Цель изобретения — повышение эффективности торможения и уменьшение массогабаритных показателей путем эффективного использования и уменьшения суммарной расчетной мощности оборудования.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для торможения асинхронного электродвигателя; на фиг.2 то же, вариант выполнения; на фиг.3схема блока переключений; на фиг.4диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит автономный инвертор 1 (фиг.1), подключенный к источнику 2 постоянного напряжения и составленный из соединенных между собой блока 3 главных тиристоров с анодной и катодной группами вентилей

4 и 5, блока 6 обратных диодов, блок

7 управления инвертором, основной

8 и дополнительный 9 тормозные резисторы, два датчика 10 и 11 тока, каждый из которых соединен последовательно с одним иэ указанных резисторов, сумматор 12, компаратор 13, два формирователя 14 и 15 импульсов, дополнительный управляеMbIA MocTQBQH выпрямитель 16. В электропривод введены управляемые ключи 17 и 18, третий формирователь 19 импупьсов, блок

20 переключений с пятью входами и пятью выходами, блок 21 уставок с тремя выходами, причем основной тормозной резистор 8 и первый датчик 10 тока включены между "плюсом" источника 2 постоянного напряжения и общей точкой анодной группы вентилей 4 блока 3 главных тиристоров, а дополнительный тормозной резистор 9 и второй датчик 11 тока — между "минусом" источника 2 постоянного напряжения и общей точкой катодной группы вентилей 5 блока 3 главных тиристоров, при этом каждый из резисторов 8 и 9 зашунтирован соответствующими управляемыми ключом 17 и 18, а вход блока

7 управления инвертором соединен с одним входом блока 20 переключений, второй вход последнего соединен с

I) 0

55 выходом ко 1(tclðàг р 3 11 .>лнн".1 1 ::< д< и подключенного к первому ив холу блока

20 переключений, а другим — к выходу сумматора 12, входы которого соединены с выходами соответствующих датчиков 10 и 11 тока, третий вход блока 20 переключений соединен с первым выходом, четвертый — с вторым, а пятый — с третьим выходом блока ?1 уставок, второй выход блока 20 переключений через третий формирователь

19 импульсов подключен к управляющим электродам вентилей дополнительного управляемого мостового выпрямителя

16, третий выход блока 20 переключения соединен с управляющими входами управляющих ключей 1? и 18, четвертый выход через второй формирователь

14 импульсов подключен к управляющим электродам анодной группы вентилей

4, а пятый — через третий формирователь 15 импульсов — к управляющим электродам катодной группы 5 вентилей блока 3 главных .тиристоров.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от режима работы электродвигателя блоком 20 переключений осуществляется перегруппировка и переключение связей между блоками системы управления. В тяговом режиме блок 20 подключает блок 7 управления инвертором через соответствующие формирователи 14 и 15 импульсов к управляющим электродам вентилей блока 3 главных тиристоров. Одновременно с блока 20 переключений посредс твом подачи в него сигнала от блока

21 уставок подается команда на включение управляемых ключей 17 и 18.

Тем самым тормозные резисторы 8 и 9 шунтируются и не участвуют в работе.

Предлагаемый электропривод предусматривает увеличение допустимой мощности режима тяги за счет параллельной синфазной работы бока 3 главных тиристоров и дополнительного управляемого мостового выпрямителя 16. С этом целью блоком переключений вентилей моста к блоку 7 управления инвертором осуществляется подключение выхода последнего к управляющим электродам дополнительного управляемого мостового выпрямителя 16. Для перехода в режим резисторого торможения блок 20 переключений подключает блок 7 управления инвертором к управляющим электродам вентилей дополни13 тельного управляемого мостового выпрямителя 16. В этом случае мостовой выпрямитель 16 берет на себя функции частотного регулирования асинхронной машины вместо блока главных тиристоров. Анодная группа вентилей 4 через формирователь 14 импульсов переводится в режим работы диодами посредством подачи из блока 21 уставок сигнала в блок 20 переключений, с выхода которого этот сигнал в режиме торможения поступает на вход формирователя

14 импульсов. Одновременно блок 20 переключений отключает выход блока

21 уставок от управляющих входов управляемых ключей 17 и 18, что вызывает их размыкание и включение в силовую схему резисторов 8 и 9. При . этом в сумматоре 12 формируется сигнал, пропорциональный активному току асинхронной машины U . Общий активный ток машины определяется суммой токов, протекающих одновременно в цепи резистора .8 (сигнал датчика 10 тока U ) и в цепи резистора 9 (сигнал датчика 11 тока U ), т.е. a%

U =U +U а @ 1а

На компараторе 13 происходит

/ сравнение сигнала обратной связи по величине активного тока U с сигна10 лом задания U,, приходящего с

I a ya3 блока 21 уставок и подключенного к входу компаратора 13 блоком 20 переключений. При этом, если выполняется неравенство U i U, то посред а laЗад ством подключения выхода компаратора

13 блоком 20 переключений к входу формирователя 15 импульсов последний подает отпирающие импульсы на управляющие электроды тиристоров катодной группы вентилей 5, что приводит к отпиранию тиристоров. Длительность импульсов управления определяется временем, в течение которого активный ток двигателя достигает заданной величины. При равенстве величин сопротивлений основного R и дополни8 тельного R тормозных резисторов эквивалентная величина сопротивления тормозного резистора К изменяеттэк8 ся от 0,5 R до R, что позволяет путем повторно-кратковременного подключения дополнительного резистора параллельно основному поддерживать заданный активный ток двигателя.

При двухзонном способе управления двигателя формируется зависимость

43529 4

U (1) блоком 7 управления инвертором (фиг.4), где U — напряжение фазы асинхронной машины, f — частота вращения асинхронного двигателя. При

5 этом от 0 до номинального значения частоты f магнитный поток машины н постоянныйЧ =сопзС, а при f>f -U= н

=const.

При постоянно включенном резисторе 8 и отсутствии регулирования резистором 9 (он не работает) характеристика тормозного момента М в функции частоты f имеет вид зависимости

15 М (f) (фиг.4).

Для расширения области торможения с максимально возможными значениями тормозного момента в области низких частот в электроприводе, в качестве уставки по активному току 0 вы1а лад бирают значение, соответствующее активному току асинхронного двигателя при номинальной частоте f . При f f н н вслед за снижением напряжения 0 по сравнению с точкой номинального режи ма должен уменьшиться и активный ток

I . Тогда 0 < U д, что приводит

С Ъа к открыванию вентилей 5 катодной группы, а это приводит к уменьшению К эк8 и увеличению тока машины. При U< .р

>Uz а катодная группа вентилей 5 закрывается, величина сопротивления в тормозной цепи становится равной

R, ток I„..íà÷èíàåò снижаться и т.д.

Процесс подрегулнрования активного

35 тока Т за счет подключения резистора 9 может продолжаться до значения

f=0,5f„, так как при этой частоте напряжение асинхронной машины умень40 шилось в два раза и при R . =0528 экю это соответствует режиму постоянно включенных вентилей 5. Характеристика тормозного момента M(f), которая формируется системой управления электропривода (фиг.1), на участке от

0 до f„ будет иметь соответствующий вид (фиг.4).

В рассматриваемом режиме работы электропривода почти вся тормозная

50 мощность замыкается между фазами асинхронной машины через блок 6 обратных диодов и блок 3 главных тиристоров и рассеивается в виде тепла в тормозных резисторах 8 и 9. Допол55 нительный мостовой выпрямитель 16 используется в этом режиме для замыкания необходимого для самовозбуждения асинхронной машины реактивного тока. Применяемый управляемый мосто1343529

20

30

50

55 вой выпрямитель 16 рассчитывается по тормозному режиму, т.е. по величине реактивного тока, который существенно меньше полного тока асинхронной машины. Следовательно, расчетная мощность добавочного мостового выпрямителя 16 существенно меньше расчетной мощности блока 3 главных тиристоров, через который замыкается ак. тивный ток.

Блок 20 переключений выполнен на переключателях 22, свяэаннык между собой общей тягой 23 (фиг.3), каждый из которых в зависимости от режима работы занимает одно из двух положений.

В устройство для торможения асинхронным электродвигателем могут быть введены последовательно соединенные между собой датчик 24 частоты вращения асинхронного двигателя и блок 25 выделения максимального выходного сигнала (фиг.2), включенный между первым выходом блока 20 переключений и вторым входом компаратора 13.

Работа устройства в тяговом режиме по этому варианту исполнения аналогична работе устройства.

В генераторном режиме работы асин хронного двигателя блоком 20 переклю чений собирается подобная структурная схема системы авторегулирования.

Однако сигнал уставки по активному заданному току U, приходящий из

1а >ad блока 21 уставок (фиг. 3) приходит на элемент выделения максимального сигнала, куда так же.приходит сигнал ! с датчика 24 частоты вращения — U .

Поэтому в качестве уставки на компаратор 13 поступает больший из двух сигналов: U, U< (фиг.4). При с уаа .частоте вращения f асинхронного дви гателя меньшей или равной номинальной П > П„, а при большей, чем а уаа но минальная — U < П

1 а

Следовательно, на компаратор 13 приходит сигнал U при частоте, меньшей номинальной, и U . .— выше номиГ нальной. Одновременно на компаратор

13 приходит сигнал U, пропорциа ональный активному току асинхронного двигателя с датчиков 10 и 11 и сумматора 12. В диапазоне от 0 до f„ на компараторе 13 сравниваются два сигнала У и U а в диапазоне а Э, f „— 2 f сравниваются сигналы U u

U . При этом до номинальной частоты

1.

Й„ активный ток I асинхронного дви- гателя остается постоянным за счет регулирования катодной группы вентилей 5 в диапазоне от 0,5f до

В этой же зоне остается постоянный момент М, так как поток асинхронного двигателя постоянный. В зоне от f „ до 2f U< > U, поэтому на компаратор н

13 постуйает в качестве заданной величины тормозного тока сигнал, пропорциональный частоте вращения U1.

При U > U компаратор 13 включает

О группу вентилей 5, уменьшая тем самым эквивалентное тормозное сопротивление схемы R . При этом уве> yvЬ личивается ток асинхронного двигателя. Когда U < U, вентили 5 отключаются, а затем йроцесс повторяется.

Таким образом, достигается рост тормозного активного тока асинхронного двигателя прямо пропорционально ее частоте вращения f. В зоне от f до

2f при постоянстве напряжения источника 12 постоянного напряжения тормозной момент М постоянен, В точке чатотного диапазона 2f группа вентилей 5 постоянно включена, R„„

=Rg = R9 9 à Iàì =2Iîн — MRKcHMBJIb но возможный активный тормозной ток по условиям регулирования, I il номинальный ток асинхронного двигателя, соответствующий номинальному напряжению U„ номинальной частоте вращения f„ и номинальному тормозному моменту М„. При этом расчетная мощность тормозных резисторов 8 и 9

R 2

Р = ŠŠ— Е „ К, и определяется номинальйым значением тока. Еа„.

Резистор 8 в диапазоне f — 2fÄ рабон тает с предельной мощностью Р, а т резистор 9 работает с этим значением

P только при f=2f„. Во всех остальных точках f<2f„ тормозной резистор

9 работает при пониженной мощности, а в точке = отключен

Р совсем.

Изобретение позволяет уменьшить износ механических тормозов, повысить производительность транспортных средств за счет расширения диапазона торможения и увеличения мощности двигательного режима, уменьшить габариты за счет снижения суммарной установленной мощности. более эффективного использования оборудования, улучшения токораспределения при полной симметрии загрузки оборудования, уменьшения пульсаций тока.! 11

Ф о р и у и а и з î t> р е т е и и я

1. Устройство для торможения асинхронного электродвигателя, содержащее автономный инвертор напряжения, подключенный к источнику постоянного напряжения и составленный из блока главных тиристоров, выполненного в виде соединенных между собой по мостовой схеме анодной и катодной групп вентилей, блока обратных диодов, подключенного параллельно автономному инвертору напряжения, и блока управления упомянутым инвертором, управляемый мостовой выпрямитель, подключенный входом к источнику постоянного напряжения, а выходом — к выходам блоков главных тиристоров и обратных диодов, три формирователя импульсов, выходы двух из которых соединены с.управляющими входами блока главных тиристоров, а выходы третьего формирователя импульсов подключены к управляющим входам управляемого мостового выпрямителя, основной и дополнительный тормозные резисторы, два датчика тока, каждый из которых соединен последовательно с одним из указанных резисторов и подключен свободным выводом к соответствующему, зажиму источника постоянного напряжения, последовательно соединенные между собой компаратор и сумматор, входы которого подключены к выходам датчиков тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффектив 1529 ности тормсжения и уменьшения массогабаритных показателей путем эффектив ного использования и уменьшения суммарной расчетной мощности оборудова5 ния, введены управляемые ключи, каждый из которых шунтирует соответствующий тормозной резистор, блок переключений с пятью входами и пятью выходами, блок уставок с тремя выходами, подключенными к первым трем входам блока переключений, четвертый вход которого соединен с выходом блока управления упомянутым инвертором, а пятый вход — с выходом компаратора, второй вход которого подключен к первому выходу блока переключений, вторым, третьим и четвертым выходами соединенного соответственно с входами формирователей импульсов, а пятый выход блока переключений связан с управляющими входами ключей, свободные выводы основного и дополнительного резисторов подключены соответственно к общим точкам анодной и катодной групп вентилей. блока главных тиристоров автономного инвертора напряжения.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что введены последовательно соединенные датчик частоты вращения асинхронного двигателя и блок выделения максимального сигнала, включенный между вто35 рым входом компаратора и первым выходом блока переключений.

Nuz. Г

1343529

Тяга

6a,Ô

Фиг. 4

Составитель А.Головченко

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Демчик

Редактор Н.Бобкова

Заказ 4835/55 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4