Способ динамического торможения асинхронного электропривода с непосредственным преобразователем частоты

 

Использование: асинхронные электроприводы с непосредственными преобразователями частоты общепромышленных механизмов. Сущность: при подаче сигнала торможения формируют сигналы управления вентилями непосредственного преобразователя частоты с фазой, обеспечивающей требуемый угол включе: ния вентилей для ограничения тока торможения электродвигателя на заданном уровне, запрещают прохождение сигналов управления на все вентили преобразователя , определяют вентили, проводящие ток, и на время торможения подают на них сформированные сигналы управления, за счет чего обеспечивают повышение быстродействия . 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) . (51)5 H 02 P 3/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ствия, 3 ил. (21) 4748313/07 (22) 11.10,89 (46) 07.08.92,Бюл.N 29 (71) Научно-производственное объединение

"Силовая электроника" (72) В.Ф.Краилин (56) Москаленко В.В., Автоматизированный электропривод.— М.; Энергоатомиздат, 1986, с,263-2Ж.

Шубенко В.А., Браславский И.Я. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением — М.: Энергия, 1972, с,106-109. (54) СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ

ПРЕОБPAÇОВАТЕЛЕM ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных электроприво®ах с непосредственным преобразователем частоты общепромышленных механизмов, Известен способ динамического торможения асинхронного электропривода", заключающийся в том, что обмотки статора электродвигателя отключают от сети переменного тока и подключают к сети постоянного тока.

Недостатками указанного способа является невысокое быстродействие и сложность реализации из-за необходимости включения в состав электропривода источника постоянного тока.

Наиболее близким изобретению является способ динамического торможения асинхронного электродвигателя с тиристорным преобразователем в цепи статора, при (57) Использование: асинхронные электроприводы с непосредственными преобразователями частоты общепромышленных механизмов, Сущность: при подаче сигнала торможения формируют сигналы управления вентилями непосредственного преобразователя частоты с фазой, обес печи вающей требуемый угол - вкл юче-. ния вентилей для ограничения тока торможения электродвигателя на заданном уровне, 3"-прещают прохождение сигналов управления на все вентили преобразователя, определяют вентили, проводящие ток, и на время торможения подают на них сформированные сигналы управления, за счет чего обеспечивают повышение быстродейкотором на время торможения формируют сигналы управления тиристорамй с фазой, обеспечивающей ограничение тока торможения на заданном уровне, и подают сформированные сигналы на определенные тиристоры, Недостатком способа является низкое О быстродействие, определяемое необходи- ь() мостью в выдержке временй между моментом поступления команды на торможение и моментом включения определенных тиристоров для исключения короткого замыкания сети и синхронизации тиристоров с напряжением сети.

Целью изобретения является повышение быстродействия, На фиг.1 показаны функциональные схемы асинхронного электропривода с непосредственным преобразователем частоты и устройства для реализации

1753569 предлагаемого способа динамического торможения указанного асинхронного электродвигателя; на фиг.2 и 3 — диаграммы, поясняющие его работу.

Электропривод (фиг.1) содержит непосредственный преобразователь частоты, состоящий из шести вентильных выпрямительных групп на тиристорах 1-18, причем катодные вентильные группы на тиристорах 1-3, 7-9, 13-15 и анодные на тиристорах 4-6, 10-12 и 15-18 в каждой выходной фазе преобразователя соеДинены между собой встречно-параллельно, асинхронный двигатель 19, блоки 20-25 выходных каскадов системы управления для каждой вентильной выпрямительной группы, блоки

26-31 фазового управления для каждой выпрямительной группы, выполненные с двенадцатью входами и тремя выходами, блок

32 раздельного управления, блок 33 синхронизации, переключающий элемент 34, пересчетное устройство 35, элемент 36 запрета, задающий генератор 37, Каждый блок 26-31 фазового управления содержит первое 38 и второе 39 фазосдвигающие устройства, устройство 40 запрета, двухвходвые элементы

И-НЕ 41-46 и трехвходовые элементы И-НЕ

47-49, Катоды тиристоров 1-3 и аноды тиристоров 4-6 подключены к первой фазе двигателя 19, катоды тиристоров 7-9 и аноды тиристоров 10-12 — к второй фазе двигателя

19, а катоды тиристоров 13-15 и аноды тиристоров 16-18 — к третьей фазе двигателя 19, Аноды тиристоров 1, 7 и 13 и катоды тиристоров 4, 10 и 16 подключены к фазе А г,итающей сети, аноды тиристоров 2, 8 и 14 и катоды тиристоров 5, 11 и 17 — к фазе В питающей сети, а аноды тиристоров 3, 9 и

15 и катоды тиристоров 6, 12 и 18 — к фазе С питающей сети, Первый, второй и третий выходы блока

20 подключены соответственно к управляющим электродам тиристоров 1-3, первый, второй и третий выходы блока 21 подключены соответственно куправляющим электродам тиристоров 4-6, первый, второй и третий выходы блока 22 подключены соответственно к управляющим электродам тиристоров 7-9, первый, второй и третий выходы блока 23 подключены соответственно к управляющим электродам тиристоров

10-12, первый, второй и третий выходы блока 24 подключены соответственно к управляющим электродам тиристоров 13-15, а первый, второй и третий выходы блока 25 подключены соответственно к управляющим электродам тиристоров 16-18, Первые, вторые и третьи входы блоков

20-25 подключены соответственно к пер5

15

25 и 31

30 вый вход элемента 34 подключен к источнику управляющего сигнала выпрями35

55 вым, вторым и третьим выходам блоков 2631, Входы блока 32 раздельного управления подключены .к соответствующим датчикам состояния вентилей непосредственного преобразователя частоты, Соответствующие выходы блока 32 подключены к двенадцатым входам блоков 26-31. Первый выход пересчетного устройства 35 подключен к одиннадцатым входам, а второй выход к десятым входам блоков 26 и 27. Третий выход устройства 35 подключен к одиннадцатым входам, а четвертый выход к десятым входам блоков 28 и 29, Пятый выход устройства

35 подключен к одиннадцатым входам, а шестой выход к десятым входам блоков 30 и 31.

Входы блока 33 синхронизации подключены к соответствующим фазам питающей сети. Первый, второй и третий выходы блока

33 подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам блоков 26, 28 и 30 и пятым, шестым, седьмым входам блоков 27, 29 и 31, а четвертый, пятый и шестой выходы блока 33 — к пятому, шестому, седьмому входам блоков 26, 28 и 30 и второму, третьему, четвертому входам блоков 27, 29

Выход элемента 34 подключен соответственно к первым входам блоков 26-31. Пертельным режимом работы преобразователя (Uynp.Q) а второй входы элемента 34 подключен к источнику управляющего сигнала режимом торможения (Uynp.TopM,), Восьмые входы блоков 26-31 подключены к источнику управляющего сигнала инверторным режиМ0М работы преобразователя (UynpP), вход устройства 35 подключен к выходу элемента

36. Первый вход устройства 36 и девятые входы блоков 26-31, а также третий вход элемента 34 подключены к выходу источника сигнала на торможение. Второй вход устройства 36 подключен к выходу задающего генератора 37, Вход генератора 37 подключен к источнику управляющего сигнала частотой выходного напряжения преобразователя (Uynp ).

Блоки 26-31 фазового управления имеют идентичное построение и состоят из первого фазосдвигающего элемента 38, первый вход которого подключен к первому входу блока 26, а второй, третий и четвертый входы элемента 38 подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам блока 26.

Первый выход устройства 38 подключен к второму входу элемента 41, второй выход подключен к второму входу элемента 43, а

1753569

Формирование кривой выходного напряженияя непосредственного преобразователя частоты осуществляется посредством циклического переключения 35 вентильных выпрямительных групп согласно выбранному алгоритму управления, а диапазон регулирования частоты и напряжения определяется управляющими сигналами по частоте Uynpi и напряжения 40

Uypp,д. (управление выпрямительным режимом), Uy>pg (управление инверторным режимом). При активно-индуктивной нагрузке

N Ь» с фазой уЪ = arctg <, например, равной 45

Вн

60 эл;град., в каждом полупериоде протекания тока в одном направлении, соответствующая вентильная выпрямительная группа

120 эл.град работает в выпрямительном режиме, доставляя. энергию в цепь нагрузки, 50 а в оставшиеся 60 эл,град этого полупериода — в инверторном режиме; возвращая энергию в сеть. В результате кривая выходного напряжения на выходе преобразователя опережает ток на 60 эл.град. На фиг.1 представлен вариант непосредственного преобразователя частоты, выводы постоянного тока в каждой трехфазной схеме замкнуты накоротко, поэтому катодные и третий выход подключен к второму входу элемента 45. Первый вход второго фазосдвигающего элемента 39 подключен к восьмому входу блока 26. а второй,.третий и четвертый входы элемента 39 подключены соответственно к пятому, шестому и седьмому входам блоков 26, Первый, второй и третий выходы устройства 39 подключены соответственно к первому, второму и третьему входам элемента 40. Четвертый вход элемента 40 подключен к девятому входу блока 26, Одиннадцатый вход блока 26 подключен к девя ому входу блока 26, Одиннадцатый вход блока 26 подключен к первым входам элементов 42, 44 и 46, а десятый вход блока 26 подключен к первым входам элементов 41, 43 и 45, Первый и третий входы элемента 47 подключены соответственно к выходам элементов 41 и 42,.первый и третий входы элемента 47 подключены соответственно к выходам элементов 43 и 4, а первый и третий входы элемента 49 подключены соответственно к выходам элементов 45 и 46. Вторые входы элементов 47-49 подключены к двенадцатому входу блока 26.

Устройство, реализующее способ динамического торможения асинхронного электропривода с непосредственным преобразователем частоты, работает следующим образом

20 анодные группы в такой схеме могут работать только раздельно.

В момент времени t< (фиг.2) включается только катодная группа тиристоров 1-3 (фиг.1) и работает в выпрямительном режиме в течение 120 эл.град. по отношению к периоду выходной частоты. При этом формируется положительная полуволна выходного напряжения и ток в нагрузке J увеличивается (фиг.2), Затем, начиная с момента времени tz в течение 60 эл.град„подается команда на работу катодной группы тиристоров 1-3 в инверторном режиме, в результате чего ток в нагрузке снижается до нуля (в момент времени сз). После спада до нуля тока в тиристорах катодной группы требуется определенное время для восстановления их запорных свойств, а затем в момент времени t4 подается команда íà работу в выпрямительном режиме анодной группы тиристоров 4-6 (для формирования отрицательной полуволны выходного напряжения).

Изменение частоты выходного напряжения непосредственно преобразователя частоты осуществляется регулируемым задающим генератором 37 в функции управляющего сигнала Uynp., поступающего íà его вход. Сигналы с выхода задающего генератора 37 подаются через элемент 36 на вход пересчетного устройства 35, на выходе которого формируется шестипроводная система тактовых импульсов для выпрямительного и инверторного режимов трех выходн ых фаз и рео бра за вателя. На десятые входы блоков 26-31 фазового управления подаются тактовые сигналы для выпрямительного, а на одиннадцатые входы для инверторного режимов.

Блок 32раздельного управления на основании сигналов о состоянии вентилей формирует шестипроводную систему сигналов соответствующих проводящему состоянию данной вентильной группы, а также паузу на переключение вентильных выпрямительных групп длительностью порядка

100-250 мкс (которая выбирается исходя из реального времени выключения применяемых тиристоров).

Синхронизация сигналов управления вентиляции относительно фаз питающей сети осуществляется сигналами с выхода блока 23 синхронизации (например, выполненного по классической схеме трансформатор синхронизации-нуль-органы).

Сигналы для синхронизации в выпрямительном режиме поступают на второй, третий, четвертый входы блоков 26-31, à в инверторном режиме на пятый, шестой и седьмой входы указанных блоков, 1753569

Управляющие сигналы для выпрямительного режима Uypp.Q поступают на первые входы, а для инверторного lJynpj3 на восьмые входы блоков 26-31 фазового управления.

Так как блоки 26-31 фазового управления имеют идентичное построение, то рассмотрим работу одного из них, например, блока 26, управляющего тиристорами 1-3, формирующими положительную полуволну выходного напряжения, На вторые входы элементы И-НЕ 41, 43 и 45 с соответствующих выходов устройства 38 подаются сигналы управления тиристорами для выпрямительного режима (т.е. синхронизированные с положительной полуволной напряжения питающей сети А, Б, С). Для управления тиристором 1, подключенным к фазе А, сигнал подается на элемент 41, для тиристора 2 на элемент 43, а для тиристора

3 на элемент 45, На первые входы указанных элементов И-НЕ 41, 43 и 45 подается тактовый сигнал, длительностью 180 эл.град. периода выходного напряжения преобразователя, разрешающий прохождение сигналов управления в выпрямительном режиме на данную вентильную группу (тиристоры 1-3).

На вторые входы элеМентов И-HE 42, 44 и 46 с соответствующих выходов устройства

39, через запрещающий элемент 40, подаются сигналы управления тиристорами для инверторного режима (т.е. синхронизированные с отрицательной полуволной напряженияя питающей сети А, В, С). Для управления тиристором 1, подключенным к фазе А, сигнал поступает на элемент 42, для тиристора 2 на элемент 44, а для тиристора

3 на элемент 46. На первые входы указанных элементов И-Н Е подается сигнал разреl шающий формирование инверторного режима в данной вентильной выпрямительного группе.

На первые входы элементов И-НЕ 47-49 подаются сигналы управления тиристорами в выпрямительном режиме, а на третьи входы указанных элементов И-НЕ 47-49 управления тиристорами в инверторном режиме.

Продолжительность работы вентильной выпрямительной группы (тиристоров 1,2 и 3) в выпрямительном и инверторном режимах зависит от Cos уЪ и определяется сигналом с блока 32 раздельного управления, поступающим на вторые входы элементов И-НЕ

47-49. Управляющие сигналы для тиристора

1 с выхода элемента 47 для тиристора 2 с выхода элемента 48 и для тиристора 3 с выхода элемента 49 поступают в блок выходных каскадов (где осуществляется усиле10

55 мом через элементы 41, 43 и 45 на входы элементов 47-49.

Определение выпрямительных групп, проводящих и не проводящих ток в момент торможения li, осуществляется с помощью блока 32, сигналы с выхода которого подаются на двенадцатые входы блоков 26-31.

Например, для данного случая (сигнала логической единицы соответствует проводящему состоянию данной вентильной группы) согласно фиг,3 в проводящем состоянии находятся тиристоры 1-3 управляемые блоком 26, тиристоры 7-9, управляемые блоком 28 и тиристоры 16-18, управляемые блоком 31, тиристоры 4,5,610-15 в этот момент времени ток не проводят. И в дальнейшем сигналами логического нуля с выходов блока 32 блокируются выходные элементы 4749 в блоках 27, 29 и 30 вентильных групп, не проводящих ток, а в блоках 26, 28 и 31 сигналами логической единицы разрешают прохождение сигналов управления на соответствующие тиристоры выпрями-.ельных групп.

В момент t> подачи сигнала на торможение электропривода происходит также пение мощности и их гальваническая развязка от силовой цепи), При подаче сигнала на торможение электропривода, например, в момент времени т (фиг.3), осуществляется запрет циклического переключения вентильных выпрямительных групп блокировкой сигналов с задающего генератора 37 с помощью элемента 36 (где, например, в качестве его используется двухвходовой элемент И-НЕ).

При этом с соответствующих выходов устройства 35 на десятые и одиннадцатые входы блоков 26-31 подаются сигналы (с триггеров кольцевой пересчетной схемы), находящиеся в состоянии предшествующему моменту времени (фиг.3).

Так как в режиме динамического торможения необходимо обеспечивать не только протекание постоянного тока, но и регулирование его значения через статорные обмотки асинхронного двигателя 19, то необходимо, чтобы тиристоры выпрямительных групп были синхронизированы с фазами питающей сети соответствующими выпрямительному режиму работы для каждой вентильной группы, проводящей ток.

Поэтому в каждом блоке 26-31 сигналом на торможение, поступающим на их девятые входы, блокируются сигналы инверторного режима с помощью элемента 40, присутствует сигнал логического нуля, блокирующий по входам элементы И-НЕ 42,44 и 46. Таким образом, на тиристоры проходят лишь сигналы управления выпрямительным режи1753569

10 реключение устройства 34 в такое положение, когда соединены контакты: 1 и 2 и на управляющие входы фазосдвигающих устройств 28 блоков 26-31 в этом случае подается сигнал управления режимом торможения Uynp,xopv. Принципиально сигнал Uy p, pì. может поступать из системы автоматического регулирования режимом торможения или задаваться непосредственно в разомкнутой системе.

Выпрямительные группы 1-3, 7-9 и 16-18 работают с одним и тем же уровнем

Uynp.тори„что обеспечивает одинаковое значение фазы угла управления атиристорами во всех трех группах. Регулирование фазы сигналов управления вентилями выпрямительных групп, проводящих ток для ограничения значения постоянного тока через обмотки асинхронного двигателя на заданном уровне в процессе торможения, определяется сигналом Uynp,торм.

Таким образом, способ динамического торможения асинхронного электропривода с непосредственным преобразователем частоты позволяет повысить быстродействие электропривода.

Формула изобретения

Способ динамического торможения асинхронного электропривода с непосредственным преобразователем частоты, со5 держащим в каждой выходной фазе, подключенной к соответствующей фазе электродвигателя, две встречно-параллельно соединенные вентйльные группы, при котором при подаче сигнала торможения

10 формируют сигналы управления вентилями групп с фазой, обеспечивающей требуемый угол включения вентилей для ограничения тока торможения электродвигателя на заданном уровне, и подают сформированные

15 сигналы управления на определенные вентили непосредственного преобразователя частоты, о т л и ч а Ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия при подаче сигнала торможения, дополнительно

20 запрещают прохождение сигналов управления на все вентили непосредственного преобразователя частоты, определяют вентили проводящие ток, и на время торможения подают на них сформированные сигналы уп25 равления.

1753569

1753569

Составитель С. Позднухов

Техред М.Моргентал Корректор А, Долинич

Редактор М. Бланар

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2773 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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