Способ регулирования тормозного режима асинхронного тягового электропривода

(23) ПриоритетОпубликовано 15.03,7Дата опубликования Государственный комнте Совета Министров ССС ио делам изобретений 53) УДК 621,337,52-8(72) Авторы изобрстения Степанов есовзный научно-исследовательский, укторский и технологический инстит и тягового электрооборудования(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОРМОЗНОГО РЕЖИМ АС И НХРО Н НО ГО ТЯ ГО ВО ГО ЭЛ ЕКТРО П РИ ВОДАсти автоматии к частотнопеременного двигателями промежуточрименяемот, номном электел сто Наиболее эффективным способом электрич еского тор можения тр ан спор тных средств с автономным источником питания и частотно- регулируемыми асинхронными тяговыми двигателями является генераторное торможение, при котором кинетическая энергия, запасенная тяговыми двигателями, рассеивается в тормозных резисторах.Известны электроприводы, в которых энергия, необходимая для обеспечения тормозя- щейся асинхронной машины намагничивающим током, потребляется от источника питания, в частности от автономного синхронного генератора.Поскольку в этих электуоприводах тормозные резисторы подключены к двум параллельно работающим генераторам - асинхронному и синхронному, - то наряду с энергией, необходимой для создания магнитного потока двигателя, от синхронного генератора потребляется также активная мощность, дополниИзобретение относится к облаческого управления, в частпоступравляемому электроприводутока с асинхронными тяговымии преобразователями частоты сным звеном постоянного тока, пнапример, на контактном и авттрическом подвижном составе,о нагружающая током тормозные резиры,Известен способ регулирования тормозногорежима асинхронного тягового электроприво 5 да, содержащего синхронный генератор, преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока и емкостным фильтром,асинхронную тяговую машину и тормозныерезисторы, путем возбуждения асинхронной10 тяговой машины и изменения частоты ее отрицательного скольжения.Этот способ позволяет осуществить реостатное или рекуперативное торможение асинхронного электропривода с заданными тор 15 мозными характеристиками. Однако недостатком его является потребление активной мощности от источника питания, т. е, от синхронного генератора, поскольку способ предусматривает непременное участие синхронного ге 20 нератора в процессе торможения, по крайнеймере, в качестве компенсатора реактивнойэнергии двигателя, Это приводит при реализации неизменной тормозной мощности к увеличению установленной мощности тормозных25 резисторов и к дополнительному расходу топлива в тепловом двигателе, приводящем вовращение синхронный генератор.С целью снижения расхода энергии, уменьшения установленной мощности тормозных30 резисторов и обеспечения устойчивого тормо 506528жения во всем скоростном диапазоне по предлагаемому способу перед изменением частоты отрицательного скольжения асинхронной тяговой машины уменьшают возбужденне синхронного генератора до минимального уровня, а затем поддерживают постоянство величины магнитного потока или напряжения машины на заданном уровне. В качестве указанного рабочего параметра может быть принята величина магнитного потока или папряжения машины.Способ основан на специфической особенности преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока и емкостным фильтром, который,в режиме генераторного торможения сам может выполнять функцию компенсации реактивной энергии тормозящейся асинхронной машины, т. е. взять на себя функцию синхронного генератора в ранее известном способе, Эта особенность состоит в наличии у данного преобразователя двух дополнительных контуров для замыкания реактивной энергии асинхронной машины: через диоды и тиристоры преобразователя между фазами двигателя, а также через емкостной фильтр, установленный на входе инвертора. Подобный контур в известном ранее способе включает в себя фазы синхронного генератора, в противном случае торможение асинхронной машины принципиально невозможно.Предлагаемый способ основан на использовании явления самовозбуждения асинхронной машины, в частности, с помощью конденсаторов, известного из принципа работы асинхронной машины в режиме конденсаторного или конденсаторно-рекуперативного торможения.На чертеже показана блок-схема, реализующая предлагаемый способ,Синхронный генератор 1 питает выпрямитель 2 и далее через емкостной фильтр 3 - инвертор 4, Выпрямитель 2 и инвертор 4 образуют преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока и емкостным фильтром 3. Блок-схема содержит асинхронную тятовую машину (асинхронный коротко замкнутый двигатель) 5, тормозные резисторы 6 и 7, обмотку 8 возбуждения возбудителя (или генератора), датчик 9 напряжения в звене постоянного тока, датчик 10 скорости ротора асинхронной машины, регулятор 11 тока возбуждения возбудителя (или генератора), блок 12 формирования управляющих импульсов тиристоров инвертора 4, датчик 13 магнитного потока асинхронной машины, датчик 14 напряжения асинхронной машины, элемент 15 суммирования частот, преобразователь 16 аналогового сигнала в дискретный, регулятор 17 частоты скольжения асинхронной машины и функциональный преобразователь 18.Для торможения на выходе выпрямителя 2 или на зажимы тормозящегося двигателя 5 включают тормозные резисторы соответственно 6 или 7, Одновременно осуществляет 10 15 20 2 д 30 4 О 45 50 55 ао 65 ся перевод элемента 15 из режима суммирования частот в режим вычитания, а также снижение возбуждения синхронного генератора 1 до минимального уровня посредством регулятора 11. Эффективность торможения устанавливают с помощью задающего сигнала а на входе регулятора 17 частоты скольжения. Задающий сигнал а вводят в регулятор 17 так, что при его увеличении скольжение асинхронной машины увеличивается. Напряжение асинхронной машины измеряют датчиком 9 напряжения в звене постоянного тока или датчиком 14 напряжения на зажимах тормозящейся асинхронной машины, а магнитный поток - датчиком 13. Сигнал от датчиков 9 (или 14) и 13 через функциональный преобразователь 18, задающий определенную программу зависимости между напряжением и частотой, подают в регулятор 17 так, что сигнал от функционального преобразователя 18 направлен навстречу задающему сигналу а. Аналоговый сигнал на выходе регулятора 17 преобразуют с помощью преобразователя 16 в дискретный и вычитают в элементе 15 из сигнала, пропорционального скорости ротора, измеренной датчиком 10 скорости асинхронной машины.Выходной сигнал элемента 15, пропорциональный разности частот ротора и скольжения, подают на вход блока 12 формирования управляющих импульсов тиристоров инвертора 4, задавая частоту питающего напряжения тормозящего двигателя.При переходе к режиму торможения величина задающего сигнала а равна нулю, а в звене постоянного тока (и на зажимах тормозящегося двигателя 5) устанавливается минимальное напряжение, соответствующее остаточному напряжению синхронного генератора 1. Регулятор 17 обеспечивает минимальное значение частоты скольжения асинхронной машины и, следовательно, минимальный тормозной эффект. От синхронного генератора 1 потребляется мощность, рассеиваемая,в тормозных резисторах 6 или 7. Для обеспечения эффективного торможения увеличивают задающий сигнал на входе регулятора 17 (абсолютная величина этого сигнала пропорциональна, например, углу нажатия тормозной педали). При этом сигнал на выходе регулятора 17 увеличивается и, следовательно, возрастает частота скольжения двигателя. Напряжение на зажимах асинхронной машины 5 возрастает, а ток, потребляемый от синхронного генератора 1, уменьшается. В тот момент, когда ток генератора становится равным нулю, генератор 1 отсекается диодами выпрямителя 2, а напряжение в звене постоянного тока начинает возрастать пропорционально напряжению на зажимах асинхронной машины 5. С этого момента величина напряжения в звене постоянного тока определяется, величиной э.д.с. тормозящегося асинхронного двигателя 5. Активная мощность, вырабатываемая асинхронной машиной 5,5 10 15 20 25 ЗЭ 35 40 45 рассеивается в тормозных резисторах 6 или 7, а реактивная энергия циркулирует между фазами асинхронной машины 5 через вентили инвертора 4 и емкостной фильтр 3.Величина задающего сигнала на входе регулятора 17 определяет величину тормозной мощности и, следовательно, уровень напряжения на зажимах асинхронной машины 5 или в звене постоянного тока. Действительно, если при неизменном значении сигнала а тормозной эффект уменьшается, то напряжение на зажимах асинхронной машины 5 (в звене постоянного тока) также уменьшается, что приводит к снижению величины сигнала обратной связи от датчиков 9 (или 14) и 13 на входе регулятора 17. При этом разность задающего сигнала и сигнала обратной связи возрастает, а следовательно возрастает частота скольжения асинхронной машины 5, причем до такой величины, чтобы напряжение асинхронной машины 5 (в звене постоянного тока) вновь достигло прежнего уровня, определяемого заданным значением сигнала а с точностью до статизма регулятора 17. С другой стороны, если активная мощность, развиваемая асинхронной машиной при данных значениях напряжения и скольжения, превысит мощность, рассеиваемую,в тормозных резисторах при этом напряжении, то напряжение на зажимах асинхронной машины и в звене постоянного тока начинает увеличиваться, однако не может превысить заданной максимальной величины, поскольку,регулятор 17 обеспечивает практически безынерционное снижение частоты скольжения до нуля и, следовательно, снижение напряжения на входе инвертора до минимального уровня, определяемого напряжением синхронного генератора 1,Таким образом, описываемый способ позволяет одновременно обеспечить эффективную защиту тиристоров инвертора 4 от превышения напряжения на входе инвертора.Изменяя величину задающего сигнала а в регуляторе 17, можно регулировать уровень постоянного напряжения или уровень постоянного магнитного потока асинхронной машины, а следовательно реализовать различные тормозные характеристики электропривода. Описываемый способ регулирования тормозного режима может быть использован не только в системе,регулирования с обратной связью по скорости, описанной выше, в которой регулятор 17 выполняет функцию регулятора частоты скольжения, но и в системе с непосредственным регулированием частоты питающего напряжения асинхронной машины. В этом случае на выходе регулятора 17 формируют сигнал, пропорциональный частоте питающего напряжения, который после аналого-цифрового преобразования в преобразователе 16 подают непосредственно на вход блока 12 (на чертеже показано штриховой лииней) . Для нормального функционирования системы в этом случае необходимо изменить полярность задающего сигнала и сигнала обратной связи в регуляторе 17 на противоположную по сравнению с рассмотренным выше случаем.Таким образом, описанный способ позволяет обеспечить эффективное и устойчивое торможение тягового электропривода во всем скоростном диапазоне практически без потребления энергии от автономного синхронного генератора и при минимальных массо-габаритных показателях тормозных резисторов. Формула изобретенияСпособ регулирования тормозного режима асинхронного тягового электропривода, содержащего синхронный генератор, преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока и емкостным фильтром, асинхронную тяговую машину и тормозные оезисторы, путем возбуждения асинхронной тяговой машины и изменения частоты ее отрицательного скольжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения расхода энергии, уменьшения установленной мощности тормозных резисторов и обеспечения устойчивого торможения во всем скоростном диапазоне, перед изменением частоты отрицательного скольжения асинхронной тяговой машины уменьшают возбуждение синхронного генератора до минимального уровня, а затем поддерживают постоянство величины магнитного потока или напряжения машины на заданном уровне.506528 Составитель В. КучумовТехред Т. Дмитриева Редактор Г. Мозжечкова Корректор Е. Рогайлина Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 1089/11 Изд. Мз 1206 Тираж 901 Подписное ЦИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, К.35, Раушская наб., д. 4/5