Устройство для торможения частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя

,1ЬЛИОНА АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИС КА ме т ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(46) 30.06.86. Бюл. Иф 24 (71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А.В.Волков(56) Авторское свидетельство СССР В 661706, кл. Н 02 Р 7/42, 1976.Лихошерст В.И., Копырин В.С. Динамика асинхронного электропривода при инверторном торможении. - Изв. Вузов. Горный журнал, 1975, У 9, с. 127-131.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОРМОЖЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО АСИНХРОННОГОЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к статическимпреобразователям частоты со звеномпостоянного тока, Цель изобретенияповышение эффективности торможения вшироком диапазоне регулирования скорости двигателя. Устройство содержитчастотно-регулируемый электродвигатель 1, управляемый выпрямитель 2 ссистемой управления 3, регулятор тока 4, датчик тока 5, ЬС-фильтр 6,инвертор 7, систему управления 8,задакнций генератор (ЗГ) 9. Кро ого, устройство содержит блок управления торможением (БУТ) 17, датчикнапряжения 10, регулятор частоты(РЧ) 11, пульт управления 12, широтно-импульсный прерыватель 1 б, Введение блока двухзонного регулирования13 и датчика частоты 15, интегрального регулятора тока 14 и выполнениеБУТ 17 на генераторе опорного напряжения 18, компараторе 19 и формиро 1241391вателе импульсов 20 упрощает и сныкает стоимость устройства с регулированием интенсивности торможения элек.тродвигателя. 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 О .цля рекуперации энергии в сеть.Цель изобретения - повышение эффек тивности торможения в широком диапазоне регулирования скорости двигателя е 15На Фиг, 1 изображена функциональная схема устройства для торможения частотно"регулируемого асинхронного электродвигателя; на фиг. 2 - временные диаграммы работы блока управ- пения торможением; на фиг. 3 - временные диаграммы работы блока широтно- импульсного 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 одним из своих входов с выходом датчика 5 тока управляемого выпрямителя, сглаживающий 1 С Фильтр б, включенный между выходом управляемого выпрямителя 2 и входом инвертора 7, к выходу которого подключен асинхронный электродвигатель 1, систему 8 управ- ,пения инвертором, соединенную входом с выходом задающего генератора 9, один из входов которого подключен к выходу датчика 10 ЭДС или напряжения40 2электродвигателя, 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. Регулятор 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 электрические35йЕ =й -ЕРО,вследствие чего регулятор 11 частоты формирует на своем выходе сигнал заданиявходного тока инвертора положительной полярности (зч 70)что соответствует сигналу задания тока 3 1241цепочки, первая из которых состоитиз последовательно соединенных тормозного резистора 21 и тиристора 22,вторая - из последовательно соединенных резистора 23, дросселя 24 и тиристора 25, причем между общими точками соединения тормозыого резисто-,ра 21 и тиристора 22 первой цепочкии резистора 23 и дросселя 24 второйцепочки подключен конденсатор 26.На фиг. 2 представлены временныедиаграммы работы блока 17 управленияторможением, при этом используютсяследующие обозначения: Г , Г - сигналы соответственно задания на частоту и обратной связи по частоте (формируемые соответственно на первомвыходе пульта 12 управления и выходе датчика 15 частоты;- сигналфзадания активной проекции статорного тока, формируемый на выходе регулятора 11 частоты; Ц , Ц,з, ОвП - выходные сигналы соответственногенератора 18 опорного напряжения,компаратора 19 и формирователя 20импульсов,На фиг. 3 приведены временныедиаграммы широтно-импульсного прерывателя 1 б тока тормозного резистора.При этом используются следующие обо 30значения:,- соответственнотоки тиристоров 22 и 25, П - напряжение на дросселе 24; 0 - напряжение на конденсаторе 26, П и0 - выходные сигналы блока 17 управления торможением, являющиесяуправляющими сигналами для тиристоров соответственно 22 и 25,Устройство работает следующимобразом.На один из входов регулятора 11частоты с выхода пульта 12 управления поступает сигнал задания на частоту Й", на другой вход - сигналотрицательной обратной связи по частоте, формируемый на выходе датчика15 частоты.Рассмотрим режим разгона электродвигателя 1. Этому режиму соответствует рассогласование Ь Г сигналов навходе регулятора 11 частоты 391 4проводящего 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 выпряЪмителя, осуществляется регулирование входного тока инверторана заданном уровне ц (при требуемом быстродействии и качестве переходньк процессов регулирования тока). При этом входной ток инвертора 1 примерно пропорционален активной составляющей статорного тока двигателя, создающей электромагнитный моментц 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 Е пропорционально ЭДС Е (или напряжения о) электродвигателя при частоте Й низе номинального значения Г, и изменение частоты .беэ изменения ЭДС Е (напряжения О) - при частоте Е выше номинального значения. При этом значение выходной частоты Е импульсов задающего генератора 9 описывается выражениемЪо Е зв 01 э 013 где 01 - входной сигнал задающего.генератора 9, поступающийс выхода датчика 10 ЭДС илинапряжения Щ = Е);Ц, - опорный сигнал задающегогенератора 9, поступающийс выхода блока 13 двухзонного регулирования.В первой зоне работы (при частоте Е ниже номинального значения Е ) иа входе блока двухзонного регулирования 13 выполняется условие где Е , Е - соответственно сигнал1задания ЭДС, поступающий5 12413 с второго выхода пульта 12 управления, и сигнал обратной связи по ЭДС, поступающий с выхода датчика 10 ЭДС или напряже 5ния электродвигателя, - номинальное значение по- токосцепления электродвигателя, При этом блоком 13 двухзонного регулирования формируется выходной сигнал постоянной величины Бцсопят, значит устройством реализуется закон частотного управления при постоянстве потокосцепленияц Е/Г сопя. Во второй зоне работы (при частоте Г 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 постоян; ствФ ЭДС электродвигателя ЕЕЕсопв достигается за счет обратно пропорционального изменения потокосцепления ф двигателя от часЕ Ф При создании магнитного потокосцепле 35 ниямашины и формирования устройством активной составляющей 1 п статорного тока двигателя электродвигателем 1 развивается электромагнитный моментсогласно выражению40Р 1 в вследствие чего электродвигатель разгоняется до заданной частоты ГХ45 согласно основному уравнению электро- привода50 где р- момент статического сопротивления, Л - приведенный момент инерциипривода; - скорость двигателя.55 При достижении заданного значения частоты Гф рассогласование Ь Г на входе регулятора 11 частоты стано 91 ьвится равным нулю, регулятором 11частоты формируется выходной сигналзадания активной составляющей статорного тока постоянной амплитуды,соответствующей созданию электродвигателем электромагнитного момента Рравного моменту статического сопротивления 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 1 О отрицательной полярности (4 ( 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 сигналарегулятора 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 Ущ, 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 б, 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, по 7 1241 казанной на фиг. 1. В.момент окончания импульса положительной полярности Б на выходе компаратора 19 (фиг, 2) посредством формирователя 20 импульсов снимается импульс управ ления П 1 с 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 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) сигнала на частоту Й , формируемого на первом выходе пульта 12 управления. При этом величина отклонения ЬГ сигнала задания на частоту 2 и сигнала фактической отрицательной обрат.ЗО ной связи по частоте Е на входе регулятора 11 частоты определяет величи.ну выходного сигнала х (а ( 0) регулятора 11 частоты. Величина указанного сигналаотрицательной поалярности определяет скважность положительных импульсов выходного сигнала Ц компаратора 19, а значит скважность управляющих импульсов Цна 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 Е" (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 низ- э 5 кой частоты изменяется из отрицатель" ной на положительную полярность выходного сигнала др, регулятора 11Ф 391 8частоты, 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,М, равного моменту статического сопротивления 4 е .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 выше номинального значения достигается посредствам изменения блоком двухзонного регулирования выходной частоты выше номинального значения при постоянстве напряжения (ЭДС) электродвигателя, а устойчивый и эффективный режим торможения при таких частотах в зоне ос-;. лабления магнитного потокосценления еэлектродвигателя 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 примененияпредлагаемого устройства на ряд общепромышленных механизмов, работающих при постоянстве напряжения (ЭДС) электродвигателя в зоне ослабления потокосцепления, в частности на моталки.феормула изобретенияУстройство для торможения частотно-регулируемого асинхронного электродвигателя, содержащее инвертор, к выходу которого подключен асинхронный электродвигатель, широтно- импульсный прерыватель тока тормозного резистора, подключенный парали Ф 3 з физ,3ВНИИПИ Зеиее 3609/52 ТиПви 631 Подписное роиэв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная лельно к входу инвертора,есистемууправления инвертором, соединеннуювходом с выходом падающего генератора, блок управления торможением,подсоединенный между выходом регулятора частоты и входом широтно-импульсного прерывателя, датчик йапряженияэлектродвигателя, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности торможения в ши роком диапапоне регулирования скорости,в него введены блок двухпонного регулирования и датчик частоты,при этом датчик частоты подсоединенвыходом к одному из входов регулятора частоты,. а падающий генераторсвоими двумя входами - к выходамсоответственно датчика напряженияэлектродвигателя и блока двухэонногорегулирования.