Способ торможения электрической машины

(я)5 Н 02 Р 3 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ И(71) Сибирский завод комплектного электропривода "Сибстанкоэлектропривод"(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 985912; кл. Н 02 Р 3/22, 1974.Авторское свидетельство СССРЬ 1023597, кл. Н 02 Р 3/22, 1975,Авторское свидетельство СССРй 1434530, кл. Н 02 Р 3/22, 1988,Авторское свидетельство СССРМ 1236593; кл. Н 02 Р 3/22, 1986.(54) СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ(57) Использование: в автоматизированном электроприводе, Сущность: в способе в.Я 2 ао 183 О 177 АЗ торможения электрической машиной, питаемой от сети переменного тока через преобразователь частоты 2 со звеном 3 постоянного тока, в цепь которого включен конденсатор 5, контроль напряжения осуществляют на зажимах конденсатора. В случае аварии величину управляющего воздействия на электропривод устанавливают равной значению, соответствующему нулевой частоте вращения. При превышении контролируемого напряжения максимально допустимого перенапряжения переводят электрическую машину 1 в двигательный режим до момента, когда напряжение конденсатора 5 станет меньше заданной минимальной величины перенапряжений, и переводят электрическую машину в генераторный режим. Благодаря этому уменьшается время торможения. 2 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированному электроприводу, и может быть использовано во всех областях техники, в которых в аварийных ситуациях необходимо обеспечить управляемое торможение двигателя до его полной остановки,Цель изобретения - уменьшение времени останова электрической машины за счет повышения эффективности торможения.Ка фиг,1 показаны диаграммы частоты вращения в, изменение энергии А, запасенной в конденсаторе, и потери Р в генераторном интервалы О-Т 1, Т 2-ТЗ; Т 4-Т 5;) и двигательном режимах,Если рассматривать комплекс двигатель-инвертор преобразователя частоты - конденсатор звена постоянного тока как преобразователь энергии одного вида в другую, то в генераторном режиме кинетическая энергия используется на накопление и потери, а в двигательном режиме уже эта . накопленная энергия электрического поля преобразуется в кинетическую за вычетом потерь, величина которых превышает потери в генераторном режиме. Сравнивая процессы торможения, при использовании известного способа в прототипе и предлагаемого, по характеру изменения потерь, следовательно, в интенсивности торможения преимущество предлагаемого способа очевидно.Таким образом, дополнение способа торможения двигателя, питаемого от преобразователя частоты со звеном постоянного тока, в состав которого входит конденсатор, ориентацией перевода двигателя из генераторного в двигательный режим, если напряжение на конденсаторе достигло верхнего значения предельно допустимого напряжения, позволяет снизить частоту вращения ротора двигателя до нулевого значения в аварийной ситуации, связанной с невозмокностью функционирования устройств рекуперации энергии в сеть переменного тока при отключении от сети или исчезновения в сети напряжения, а также отказах в устройствах рекуперации или отказах в устройствах преобразования энергии электрического поля в тепловую.На фиг,1 показаны диаграммы процессов торможения изменения скорости щнакопленной энергии А в конденсаторе и потери Р соответственно в заявленном техническом решении, реализованном в устройстве по функциональной схеме на фиг,2 и в способе, взятом за прототип.Рассмотрим предлагаемый способ торможения двигателя на примере реализации его в регулируемом электроприводе (см.фиг.2), в котором асинхронный двигатель 1подключен к преобразователю частоты 2. всостав которого входит звено постоянного5 тока (выпрямитель 3, С-фильтр, образованный индуктивностью 4 и конденсатором 5) иинвертор 6, задающие сигналы которомуформируются функциональным преобразователем 7. Входной сигнал функционально"0 го преобразователя 7 формируетсярегулятором частоты вращения, выполненным с помощью устройства сравнения 8 датчика частоты вращения 9. К выходуС-фильтра подключен датчик напряжения15 10, выходной сигнал которого подается надва компаратора 11 и 12. выходы которыхчерез Р-триггер 13 и схемы И 14 и 1.5 подключены к ключевым элементам 16 и 17.Выходы ключевых элементов 16 и 17 под 20 ключены к входу устройства сравнения 8,сигнальный вход ключевого элемента 17подключен к шине нулевого потенциала ОВ,а сигнальный вход ключевого элемента 16 -к выходу инвертирующего усилителя 18, ко 25 эффициент усиления К которого больше 1 ивход подключен к выходу датчика частотывращения 9.Выпрямитель 3 может быть реализованпо известной схеме Ларионова на неуправ 30 ляемых вентилях, либо по такой же схеме науправляемых вентилях, если в электроприводе применен инвертор ведомой сетью.Инвертор 6 может быть выполнен посхеме трехфазного инвертора. В качестве35 функционального преобразователя 7 можноиспользовать функциональный узел следящей системы электропривода, обеспечивающий необходимые преобразованиясигналов, характерные для управления40 электродвигателем переменного тока.устройство сравнения 8 может быть выполнено по схеме суммирующего усилителя.В качестве датчика 9 частоты вращения45 может бы гь использован тахогенератор,Датчик напряжения 10 может быть реализован по схеме дифференциального усилителя. Входами датчика напряженияявляются входы прямой и инверсный диф 50 ференциального усилителя, а выход его является выходом датчика относительнонулевого потенциала схемы управленияприводом,Компараторы обеспечивают сравнение55 входного сигнала с опорными сигналами,определяющими уставки срабатываниякомпараторов 11 и 12, соответствующиеверхнему и нижнему значениям предельнодопустимого уровня напряжения на конденсаторе 5.Ключевые элементы 16 и 17 могут бытьвыполнены на базе электронных коммутаторов,Инвертирующий усилитель 18 выполнен по схеме на базе операционного интегрального усилителя,Предложенный способ торможения вустройстве для пояснения технического решения работает следующим образом.В нормальном режиме управление двигателем 1 ведется по входу 1 устройствасравнения 8, За счет отрицательной обратной связи и контуре регулирования частотывращения может создаваться двигательныйрежим, если сигнал задания на входе 1 устройства сравнения 8 превышает сигнал надругом его входе от датчика 9 частоты вращения, и генераторный режим, если сигналс выхода датчика 9 частоты вращения превышает сигнал на выходе 1. При равенстве 20сигналов на входах устройства сравнения 8в двигателе создается вращающий момент,обеспечивающий соответствие между заданным и фактическим значениями частотывращения. В аварийной ситуации, возникающей, например. из-за отключения питающей сети переменного тока. сигнал заданиячастоты вращения с входа 1 снимается, навторые входы элементов И 14 и 15 подаетсяразрешающий сигнал "Стоп", по которому 30на выходе элемента И 15 формируется управляющий сигнал, вызывающий замыкание ключевого элемента 17, На вход 1устройства сравнения 8 подается нулевойпотенциал, эквивалентный заданию нулевого значения частоты вращения. Т.к. сигнал свыхода датчика частоты вращения по абсолютной величине превышает сигнал на входе 1, в функциональном преобразователе 7формируется система сигналов, создающих 40с помощью инвертора 6 в двигателе 1 генераторный режим. Вследствие этого, в силовых цепях инвертора 6 формируется ток,которым осуществляется заряд конденсатора 5, сопровождающийся увеличением напряжения на нем. Когда напряжение наконденсаторе 5 достигнет верхнего значения предельно допустимого напряжения,датчик 10 напряжения сформирует выходной сигнал, который превысит уставку компаратора 11, последний переключается всостояние, которое устанавливает в триггере 13 разрешающий сигнал для элемента И14, выходной сигнал которого замыкаетключевой элемент 16, В это же время на 55входе элемента И 15 триггер 13 формируетзапрещающий сигнал и ключевой элемент17 размыкается. Инвертирующим усилителем 18 формируется сигнал; который превышаетт по абсолютной величине сигнал от датчика 9 частоты вращения, поэтому устройством сравнения 8, следовательно, и функциональным преобразователем 7 формируется система сигналов, создающих с помощью инвертора 6 в двигателе 1 условия, характерные для двигательного режима, Энергия электрического поля, запасенная в конденсаторе 5, преобразуется в кинетическую, при этом напряжение на конденсаторе 5 уменьшается и. когда оно достигнет величины, соответствующей нижнему значению предельно допустимого напряжения датчик 10 напряжения, сформирует выходной сигнал, который станет меньше уставки компаратора 12. Последний переключается в состояние, которое устанавливает в триггере 13 разрешающий сигнал для элемента И 15. выходной сигнал которого замыкает ключевой элемент 17. В то же время на выходе элемента И 14 триггер 13 формирует запрещающий сигнал и ключевой элемент 16 размыкается.На вход 1 устройства сравнения 8 вновь подается нулевой потенциал и, как следствие, вновь в двигателе 1 создается генераторный режим. Процессы. перехода двигателя из режима в режим происходятдо тех пор, пока последний переход в генераторный режим не приведет к возрастанию напряжения на конденсаторе 5 до уровня верхнего предельного значения. Это состояние будет соответствовать тому, что на вход 1 устройства сравнения 8 будет задан нулевой потенциал (нулевое значение частоты вращения) и сигнал нэ выходе датчика 9 частоты вращения также примет нулевое значение, т.е. процесс торможения закончится полным остановом двигателя.В настоящее время силовая часть, выполненная по структуре звено постоянного тока - полупроводниковый инвертор, также используется для питания двигателей постоянного тока и синхронных (вентильных) двигателей, Поэтому при соответствующем выборе функционального преобразователя 7 предлагаемый способ торможения может быть успешно использован в регулируемом электроприводе постоянного тока и переменного тока с синхронными двигателями.Устройство сравнения 8, как правило, выполняют в виде ПИ-регулятора с двухполярным ограничением выходного сигнала, Максимальному значению выходного сигнала соответствует максимальное значение момента (выходного тока инвертора), развиваемого двигателем, Динамические показатели, необходимые приводу подачи металлорежущего станка, в котором в качестве приводного двигателя используется асинхронный двигатель, обеспечиваются, 18301775 10 15 20 ЗО 505 если инвертор развивает в двигательном и генератором режимах удвоенное значение номинального тока.В генераторном режиме кинетическая энергия, запасенная во вращающихся массах двигателя и механизма, в процессе преобразования в энергию электрического поля расходуется на потери в механизме, потери. в двигателе, потери в интервале и на накопление в конденсаторе 5.При обратном преобразовании энергии в двигательном режиме к.названным потерям добавляются еще потери, зависящие от ускорения, и от повышения частоты вращения например, вентиляторные). Поэтому двигательный режим по длительности всегда меньше длительности генераторного режима работы двигателя, что эквивалентно в среднем преобладанию процесса торможения со средним значением момента, превышающим номинальную величину,Предлагаемый способ торможения двигателя, питаемого от преобразователя частоты со звеном постоянного тока, в состав которого входит конденсатор, при отказах инверторэ, ведомого сетью в процессах рекуперации или отключениях сети, когда невозможно использовать инвертор, ведомый сетью, или отказах преобразователей энергии электрического поля в тепловую, обеспечивает останов двигателя с большим значением тормозного момента. чем известные аналоги и прототип.Положительный эффект достигается зэ счет того что снимаются ограничения по значениям максимальных частот вращения и приведенных значений моментов инерции, при которь 1 х обеспечивается гарантированное торможение до полного останова механизмов в аварийных ситуациях при от ключа ощих питающей сети или отказах устройств рекуперации энергии в сеть или отказах устройств, обеспечивающих рассеивание энергии при торможении привода. Эти свойства повышают безопасность работы обслукивающего персонала и снижают вероятность поломок механизмов, а также в некоторых областях применения позволяют упростить алектропривод за счет исключения устройств для рекуперации энергии в сеть или отказаться от использования специальных устройств, обеспечивающих рассеяние энергии при тормокении,При отсутствии воэможности преобразовать кинетическую энергию маховых масс в электрическую и передать ее в сеть единственным способом эффективного торможения (за минимальное время) является поддержание мощности потерь в устройстве в целом на максимально возможном уровне, Именно таким образом решается задача сокращения времени торможения. Это не может привести ни к увеличению массогабаритных показателей, ни к увеличению установленной мощности преобразователя им позволяет лишь оптимально использовать имеющиеся возможности.Из вышеизложенного и на основании графиков изменения частоты вращения можно сказать, что в заявляемом техническом решении любая частота вращения достигается раньше, чем в известном, Участок 0-1 является начальным условием, одинаковым для обоих решений,В.предложенном техническом решении при останове в аварийной ситуации частота вращения не измеряется, а команды на достижение максимальной или нулевой частот вращения подаются в функцию величины напряжения на конденсаторе звена постоянного тока.Формула изобретения Способ торможения электрической машины, питаемой от сети переменного тока через преобразователь частоты со звеном постоянного тока и конденсатором в укаэанном звене, заключающийся в уменьшении величины управляющего воздействия на электропривод и перевода его электрической машины в генераторный режим, контроле напряжения преобразователя частоты, сравнении его с максимально допустимым перенапряжением, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени останова электрической машины за счет. повышения эффективности торможения, контроль напряжения осуществляют на зажимах конденсатора, в случае аварийной ситуации величину управляющего воздействия на электропривод устанавливают равной значению, соответствующему нулевой частоте вращения электрической машины, в момент превышения величиной контролируемого напряжения максимально допустимого перенапряжения подают команду достижения электрической машиной максимальной час тоты вращения, переводя электрическую машину в двигательный режим до момента, при котором напряжение на конденсаторе не станет меньше предварительно заданного минимального значения перенапряжения, после чего подают команду достижения нулевой частоты вращения электрической машины, переводя ее в генераторный режим, повторяя укаэанные операции до момента останова электрической машины., Кузнецова еда ректор Н. Гунько оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 каз 2495 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5