Устройство для торможения асинхронного электродвигателя

) П ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ном с ве овыш е тельскии, технологи ектромаавода нарс,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТ(57) Изобретение о технике и может быт различных областяхчастности на кон носится к электроиспользовано впромьппленности,актном и автономГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Московский энергетическийинститут и Научно-исследовапроектно-конструкторский ический институт тяжелого элшиностроения Харьковского з(56) Патент ФРГ Р 1763871,кл. Н 02 Р 3/22, 1977.Авторское свидетельствоР 1056411, кл. Н 02 Р 3/22,ном электрическом подвиж оста Целью изобретения является п ен эффективности торможения и уменьше ние массогабаритных показателей пу тем 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+ аЩ ного напряжения, а датчика тока 11 и дополнительного тормозного резистора 9 - между отрицательным зажимом источника 2 и общим выводом катодной С, группы вентилей 5 блока 3. Устройство позволяет осуществлять реостатное Е торможение с предельным значением тормозного момента в широком диапазоне вплоть до двойной номинальной час, тоты вращения. 1 з,п. ф-лы, 4 ил.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 коротко- замкнутыми 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,3- схема блока переключений; на фиг.4- диаграммы, 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 управляемый мостовой 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) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 выходом комиаратрз 11, явим нд; подключенного к нервяму ньхну 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 посредством подачи внего 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 дополни 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 П , Общий активный ток машины определяется суммой токов, протекающих одновременно в цепи резистора 8 (сигнал датчика 10 тока У ) и в цепи резистора 9 (сигнал датчика 11 тока 0 ), т.е.аУ =Б +Ц1 а а 1 аэ1На компараторе 13 происходит/сравнение сигнала обратной связи по величине активного тока У с сигна 1 а лом задания Б, , приходящего с1 аьадблока 21 уставок и подключенного к входу компаратора 13 блоком 20 переключений. При этом, если выполняется неравенство Б 1 ( Ц Ф то посреда 1 с зад фством 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 К и дополни 8тельного К тормозных резисторов эквивалентная величина сопротивления тормозного резистора К изменяетТэк 8 ся от 0,5 К до К , что позволяет путем повторно-кратковременного под" ключения дополнительного резистора параллельно основному поддерживать заданный активный ток двигателя.При двухзонном способе управления двигателя формируется зависимость 43529 4Ц (Й) блоком 7 управления инвертором(фиг.4), где Б - напряжение фазыасинхронной машины, Й - частота вращения асинхронного двигателя. При 5этом от 0 до номинального значениячастоты Е магнитный поток машинынпостоянный 9 :сопзС, а при ЕГ -П=н=сопзС.При постоянно включенном резисторе 8 и отсутствии регулирования резистором 9 (он не работает) характеристика тормозного момента М в функции частоты й имеет вид зависимости 15 М (Й) (фиг.4).Для расширения области торможенияс максимально возможными значениямитормозного момента в области низкихчастот в электроприводе, в качествеуставки по активному току П вы 1 а ладбирают значение, соответствующее активному току асинхронного двигателяпри номинальной частоте Е . При ЙЕн нвслед за снижением напряжения 0 посравнению с точкой номинального режи- ма должен уменьшиться и активный ток1 . Тогда 0 ( Б 1 д, что приводита 1 а 1 с Э фк открыванию вентилей 5 катодной группы, а это приводит к уменьшению Кэк 8и увеличению тока машины. При 01 рБг д катодная группа вентилей 5закрывается, величина сопротивленияв тормозной цепи становится равнойК , ток 1,начинает снижаться и т.д.Процесс подрегулнрования активного 35тока 1 за счет подключения резистора 9 может продолжаться до значения1=0,5 Г, так как при этой частотенапряжение асинхронной машины умень" 4 О шилось в два раза и при К, =05 Кэкюэто соответствует режиму постоянновключенных вентилей 5. Характеристи"ка тормозного момента МИ), котораяформируется системой управления электропривода (фиг.1), на участке от0 до Е будет иметь соответствующийвид (фиг.4).В рассматриваемом режиме работыэлектропривода почти вся тормозная 50мощность замыкается между фазамиасинхронной машины через блок 6 обратных диодов и блок 3 главных тиристоров и рассеивается в виде тепла втормозных резисторах 8 и 9. Дополнительный мостовой выпрямитель 16используется в этом режиме для замыкания необходимого для самовозбуждения асинхронной машины реактивноготока, Применяемый управляемый мосто 134352910 20 30 40 50 вой выпрямитель 16 рассчитывается потормозному режиму, т.е. по величинереактивного тока, который существенно меньше полного тока асинхронноймашины, Следовательно, расчетнаямощность добавочного мостового выпрямителя 16 существенно меньше расчетной мощности блока 3 главных тиристоров, через который замыкается ак. тивный ток,Блок 20 переключений выполнен напереключателях 22, свяэаннык междусобой общей тягой 23 (фиг.З), каждыйиз которых в зависимости от режимаработы занимает одно из двух положений,В устройство для торможения асинхронным электродвигателем могут бытьвведены последовательно соединенныемежду собой датчик 24 частоты вращения асинхронного двигателя и блок 25выделения максимального выходногосигнала (фиг.2), включенный междупервым выходом блока 20 переключенийи вторым входом компаратора 13.Работа устройства в тяговом режиме по этому варианту исполнения аналогична работе устройства,В генераторном режиме работы асинхронного двигателя блоком 20 переключений собирается подобная структурная схема системы авторегулирования,Однако сигнал уставки по активномузаданному току П а, приходящий из1 а 5 ад фблока 21 уставок (фиг.З) приходитна элемент выделения максимальногосигнала, куда так же.приходит сигналсдатчика 24 частоты вращения - П 1.Поэтому в качестве уставки на компаратор 13 поступает больший из двухсигналов: У , П (фиг,4). При1,а фчастоте вращения Г асинхронного двигателя меньшей или равной номинальной П ъ П, а при большей, чема адноминальная - ОП1 ааСледовательно, на компаратор 13приходит сигнал П при частоте, меньшей номинальной, и П - выше номиГнальной, Одновременно на компаратор13 приходит сигнал П , пропорциоональный активному току асинхронногодвигателя с датчиков 10 и 11 и сумматора 12. В диапазоне от О до Гна компараторе 13 сравниваются двасигнала У и Ю, а в диапазонеаЭ.й - 2 Г сравниваются сигналы 0 иП . При этом до номинальной частоты1Й активный ток 1 асинхронного двигателя остается постоянным за счетрегулирования катодной группы вентилей 5 в диапазоне от 0,51 до Г,В этой же зоне остается постоянныймомент М, так как поток асинхронногодвигателя постоянный. В зоне от Гдо 2 Г П ) 0 , поэтому на компараторн13 постуйает в качестве заданной величины тормозного тока сигнал, пропорциональный частоте вращения П 1.При П ) П компаратор 13 включаетгруппу вентилей 5, уменьшая тем самым эквивалентное тормозное сопротивление схемы К . При этом увеТ зк 5личивается ток асинхронного двигателя. Когда У с П, вентили 5 отключаются, а затем йроцесс повторяется.Таким образом, достигается рост тормозного активного тока асинхронногодвигателя прямо пропорционально еечастоте вращения Г. В зоне от Г до2 И при постоянстве напряжения источника 12 постоянного напряжения тормозной момент М постояненВ точкечатотного диапазона 2 Г группа вентилей 5 постоянно включена, В,ф а 1(но возможный активный тормозной токпо условиям регулирования 1 )номинальный ток асинхронного двигателя, соответствующий номинальномунапряжению П, номинальной частотевращения Г и номинальному тормозному моменту М. При этом расчетнаямощность тормозных резисторов 8 и 9йР, = 1 Е - 1К, и определяется номинальйым значением тока. Еа.Резистор 8 в диапазоне Е - 2 Й рабонтает с предельной мощностью Р , ат,резистор 9 работает с этим значениемР только при Й=2 Й. Во всех остальных точках Р 22 тормозной резистор9 работает при пониженной мощности , а в точке :отключенРсовсем. Изобретение позволяет уменьшитьизнос механических тормозов, повысить производительность транспортныхсредств за счет расширения диапазонаторможения и увеличения мощностидвигательного режима, уменьшить габариты за счет снижения суммарнойустановленной мощности, более эффективного использования оборудования,улучшения токораспределения при полной симметрии загрузки оборудования,уменьшения пульсаций тока, 1 формулаизобретения1. Устройство для торможения асин.хронного 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 1529ности тормсжения и уменьшения массогабаритных показателей путем эффективного использования и уменьшения суммарной расчетной мощности оборудова 5ния, 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 входамблока переключений, четвертый входкоторого соединен с выходом блокауправления упомянутым инвертором, апятый вход - с выходом компаратора,второй вход которого подключен к первому выходу блока переключений, вторым, третьим и четвертым выходамисоединенного соответственно с входами формирователей импульсов, а пятыйвыход блока переключений связан суправляющими 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 п.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 вторым входом компаратора и первым выходом блока переключений,иг. Ф СоставительТехред Л.Сер Редак Бобкова Подписно итета СССР открытий ая наб., д.4/5изводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул,Проектная,каз 4835/55 ВНИИПИ Государ по делам и 113035, МосквТираж 659твенного ко обретений иЖ, Раушс Головченкокова Корректор М.Демч