Устройство для импульсного регулирования частоты вращения электродвигателя и рекуперативного торможения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН д 11 4 11 02 Р 3/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Рь СЛ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71 ) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В.Ф.Шепелнн и Ю.А.Аракелян (53) 621.33.322.013.8:621(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 1403322, кл . Н 02 Р 7/42, 1986.Авторское свидетельство СССР У 832688, кл. Н 02 Р 3/14, 1978. 901455380 А 1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТИИ И РЕКУ 11 ЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ(57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения являетсяповышение надежности работы путемповышення стабильности величины превы"щения напряжения на конденсаторе снлового Фильтра над уровнем напряжениясети, прн котором происходит включе"455380 ние рекуператора тормозной энергии. В устройство для импульсного регулирования частоты вращения электродвигателя введены два резистора 10, 11 и диод 12. Резистор 10 включен на вы . ходе измерительного выпрямителя 6.Анод диода 12 соединен с одной из обкладок конденсатора 7, вторым входом релейного элемента 8 и одним выводом резистора 11. Второй вывод ре" зистора 11 соединен с одним зажимом постоянного. тока силового выпрямителя 4, второй зажим постоянного тока соединен с первым входом релейного элемента 8, Выход последнего подключен к входу блока 9 управления блоком ,5 рекуперации электрической энергии Изобретение относится к электро технике, в частности к частотно-регулируемому электроприводу пере. менного тока.Цель изобретения - повышение надежности работы, устройства путем повьппения стабильности величины превышения напряжения на конденсаторе силового Фильтра над уровнем напряжения сети, при котором происходит включение рекуператора тормозной энергии.На Фиг. приведена принципиальная схема устройства для импульсного регу.15 лирования частоты вращения электродвигателя; на фиг.2 - схема проникания токов; на фиг.3 - формы выходных сигналов соответствующих элементов схемы фиг.1.20 Ниже приняты следующие обозначения: 1, - напряжение питающей сети;0 - напряжение задания частотывращения электродвигателя; 15 ы - частота вращения электродви 3гателя;" ток дросселя в процессе реку"перации тормозной энергии впитающую сеть;ЗО ъв 14911 е 18 э 1 те 231 и, %4.бформа выходного сигнала соответствующих элементов схемыфиг.1. в питающую сеть, входами переменноготока, соединенного с аналогичнымивходами силового и измерительноговыпрямителей. В процессе работы уст"ройства заряд конденсатора 7 до егомаксимального значения происходитлишь под действием напряжения сети ине превышает его амплитудного значения. После прекращения рекуперациивходной сигнал релейного элемента8 приобретает истинное значение, Врезультате обеспечивается фиксациядостаточно малых значений превышениянапряжения на конденсаторе 7, снижается вероятность появления перенапряжений на ключах импульсного преобразователя 1, 3 ил устройство для импульсного регулирования частоты вращения электродви- . гателя содержит импульсный преобразователь 1, выходные зажимы которого предназначены для подключения к входным зажимам электродвигателя 2, а входные соединены с зажимами пврвого конденсатора 3, подключенного к выходу силового выпрямителя 4, блок 5 рекуперации электрической энергии торможения в питающую сеть, соединенный зажимами,постоянного тока с входом импульсного преобразователя 1, а зажимами переменного тока - с аналогичными зажимами силового и измерительного выпрямителей 4 и 6второй конденса" тор 1, одна обкладка которого соединена с одним зажимом постоянного тока измерительного выпрямителя, релейный элемент 8, выход которого соединен с управляющим входом блока 9 управления блоком 5 рекупврации, а один из вхо; дов соединен с первым зажимом постоянного тока силового выпрямителя 4, два введенных резистора 1 О, 11 и диод 12, один зажим которого соединен с второй обкладкой конденсатора 7 измерительного выпрямителя 6, а другой зажим - с вторым зажимом постоянного тока измерителвного выпрямителя6, Первый введенный резистор 10 подключен к выходным зажимам измерительного выпрямителя 6, а второй резистор 1 з1455между вторым зажимом постоянного тока силового выпрямителя 4 н точкойсоединения второго конденсатораипервым из указанных зажимов днода12, Второй вход релейного элемента8 подключен к точке соединения конденсаторафильтра и другого зажимадиода 12.Блок 5 рекуперации электрическойэнергии торможения в питающую сетьсостоит из трехфазного мостовоготиристорного инвестТора 13, ключей14 и 15, обратных диодов 16 и 17,сглаживающих дросселей 18 и 19.Блок 9 управления блоком 5 рекуперации содержит блок транзисторныхоптронных ключей 20, входные диодныецепи которых образуют трехфазный. мостовой выпрямитель 21, зажимы переменного тока которого соединены сзажимами сипового выпрямителя 4, блок22 формирования импульсов управленияключами 14 и 15 инвертора 5 по фронтам выходных сигналов оптронных клю Вчей 20, выполненный, например, набазе диффеенцирующих цепочек, схему23 совпадения, входные зажимы которой связаны с выходом блока 22 и выходом релейного элемента В,.блок 24инвертирующих логических элементов ишесть логических сх м совпадения 2530, предназначенных дпя управлениятиристорами инвертора 13 блока 5рекуперации электрической энергии35торможения в питающую сеть,, Блок 24 инвертирующих ло:ическихэлементов содержит 6 логических схемНЕ, которые включены в цепь связи вы-ходных зажимов блока 20 транзисторных 4оптронных ключей с соответствующимивходами зажимами логических схем сов"падения 25-30.Имеется также блок 31 управленияключами импульсного преобразователя1,на вход которого подаются сигналы,пропорциональные заданию частоты вращения электродвигателя О (фиг.3),действительной частоты вращения электродвигателя я и действительному .-Отоку фаз электродвигателя,Устройство для импульсного регулирования частоты вращения электродвигателя работает следующим образом.В исходном состоянии схемы подано,55напряжение питающей. сети и конденсаторы 3 и 7 фильтров заряжены до егоамплитудного значения, задающее напряжение 1 з равно нулю и все транэистор 80ные ключи инвертора закрыты, ток вобмотках двигателя отсутствует н оннаходится в неподвижном состоянии,11 ри равенстве напряжений на зажимах конденсаторов 3 и 7 на входе релейного элемента 8 нулевой сигнал,который вызывает появление на выходелогической схемы 23 также гулевогосигнала, запрещая тем самым включениеключей 15 и 14,по амплитудного значения напряжениясети конденсатор 7 заряжается черездиод 12 и диоды измерительного выпрямителя б. После этого диод 2 закрывается положительным потенциалом кон"денсатора 7, прикладываемым к другомузажиму диода через цепь резистора 10,и ток через него не протекает, Частичный разряд конденсаторапроисходитчерез открытые диоды анодных групп вынрямитепей 4 н 6 и резистор 11 с постоянной времени разряда Т = В ц, С.;,выбираемой из условий допустимогоуровня изменения уставки срабатываниярелейного элемента 8 (например, 510 В). При выборе соотношений междурезисторами 10 н 1 должно выполнять".ся условие, чтобы ток через резистор10 при минимальном значении напряжения сети был равен или превышал токразряда конденсатора 7 через резистор11. В противном случае диод 2 можетбыть открыт, а диоды анодной группыизмерительного выпрямителя 6 закрытыи конденсаторне может и не будетвыполнять свою роль Фильтра разностинапряжений на входе релейного элемента (при отсутствии диода 12 пульсациянапряжения между положительным потекциалом конденсатора 3 и общей точкойрелейного элемента с конденсатором 7и диодом 12 будет соответствоватьпульсации на выходе трехфазчого выпрямителя без Фильтра). Поскольку диодыанодных групп выпрямителей 4 и 6 открыты,то положительные потенциалы назалимах конденсаторов 3 и 7 относительно общей точки схемы равны, напряжение на резисторе Р, равно налряжению на конденсаторе 7, а разностьпотенциапов между минусовыми зажимами конденсаторов 3 и 7 (вход релейно"го элемента 8) будет определятьсяуровнем пульсации на конденсаторе 7.Развертка схемы фиг.1 для цепипротекания зарядных и разрядных токовконденсаторов 3 и 7 представленаНа ФИГа 2 а ПРИ ЭТОМ СПЛОШНЫМИ СТРЕЛКа14553 ми показано направление протекания ока в двигательном режиме работы Электропривода, а пунктирными - в тормозном режиме. При наличии напряжения сети по входным цепям двух оптронных транзисторных ключей 20 (трехфазный мостовой выпрямитель 21) проекает ток, два транзисторных ключа ткрываются и на входы двух инвертиующих логических схем блока 24 потупают логические нули, а на их выходах появляются логические единицы, оторые подаются на входы соответст" ующих схем совпадения, например 15 5, 29. Но поскольку на вторых их ходах присутствуют логические нули с ыхода логической схемы совпадения 3, то на выходах всех логических хем совпадения 25-30 присутствуют огичесКие нули, соответствующие акрытым состояниям тиристоров )3 нвертора рекуперации.Таким образом, в исходном состояи схемы ключи 14 и 15 отключены, 25а управляющих электродах тиристоров инвертора 13 сигналы отсутствуют и тиристоры закрыты.Ток по входным цепям оптронных . лючей 20,включенных по схеме трех- З 0 азного мостового выпрямителя, будет ротекать на протяжении 120 эл,град, астоты промьппленной сети, Совпадая ередними фронтами с углами управлея тиристорами инвертора 13, соответствующими опережению их открывания = О,При подаче сигналана выходе блока 31 управления ключами импульсого преобразователя появляются правляющие сигналы, которые открыва- ют соответствующие ключи,.и к фазам Двигателя прикладывается напряжение конденсатора 3 фильтра, ток двигате 1 я начинает нарастать. При превышении их заданного значения ранее от" Крытые транзисторные ключи инвертора 1 закрываются и энергия, запасеннаяиндуктивностях рассеяния двигателя, йачинает перекачиваться" через об 50 ратные диоды ключей в конденсатор 3, подзаряжая его, При снижении тока фаз ниже заданного уровня происходит говторное открытие соответствующего 1 ранзисторного куча инвертора и пов" торное нарастание тока. В таком режиме широтно-импульсной ; модуляции 1 ранзисторные ключи инвертора продол;, . Жают работать и в дальнейшем, отраво 6батывая заданное значение тока фаэ двигателя.Как следует иэ вьппеиэложенного, при каждом переключении транэистороь инвертора часть энергии, запасенной в индуктивностях рассеяния двигателя, возвращается в конденсатор фильтра несколько увеличивая его напряжение.Однако в двигательном режиме по-. требляемая мощность от конденсатора превышает возвращаемую и увеличения напряжения на его зажимах сверхнапряжения сети не происходит.При тормозном режиме двигателя возвращаемая в конденсатор мощность превьппает мощность, потребляемую от него (на создание тока намагничивания), и через некоторое время после начала торможения напряжение на конденсаторе 3 превьшает напряжение сети на заданную величину, определяемую установкой срабатывания релейного элемента 8, Последний переключается, на его выходе появляется логическая единица, которая поступает на вход схемы совпадения 23. При наличии на другом ее входе логической единицы на еевыходе появляется также логическая единица которая поступает на вход ключей 4 и 15, включая их, и на входы схем совпадения 25-30, разрешая прохождение через них сигнала с оптронных ключей 20 на открытие двух соответствующих тиристоров инвертора 3 (для подключения двух фаз с наибольшим встречным напряжением), создавая тем самым контур разряда конденсатора 3 на питающую сеть.Ограничение тока рекуперации от постоянной составляющей разности напряжений конденсатора и сети производится активными сапротивлениями контура (активные сопротивления обмоток дроесселей 18 и 19), а амплитуда ,переменной составляющей - индуктивностью вьппеуказанных дросселей. Коммутащя тока тиристоров инвертора 13 в процессе рекуперации тока осуществляется транзисторными ключами 14 и 15, которые кратковременно закрывают" ся по сигналам с выхода блока 22 формирования импульсов управления ключа- ми 14 и 15 по фронтам сигналов с блока 20 оптронных ключей, появляющихся при каждой смене сигналов на входе блока 20, Если закрытие ключей 14 и 15 происходит при наличии тока в дросселях 8 и 19, то в работувстуУстройство для импульсного регулирования частоты вращения электродви; - гателя и рекуперативного торможения, содержащее импульсный преобразователь, выходные зажимы которого предназначены для подключения к входным зажимам электродвигателя, а входные соедине-ны с выводами первого конденсатора, подключенного к выходу силового выпрямителя, блок рекуперации электрической энергии торможения в питающую сеть, соединенный зажимами постоянного тока с входом импульсного преобразователяа зажимами переменного тока с аналогичньии зажимами силового и измерительного выпрямителей, второй конденсатор, одной обкладкой соединечный с одним зажимом постоянного тока измерительного выпрямителя, релейный элемент, выход которого соеди нен с управляющим входом блока управления блоком рекуперации, а один из входов соединен с одним зажимом постоянного тока силового выпрямителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, введены два резистора и диод, один зажим которого соединен с второй обкладкой второй конденсатора, а другой зажим с вторым зажимом постоянного тока измерительного выпрямителя, первый резистор подключен к выходным зажимам измерительного выпрямителя, а второй - между вторым зажимом постоянного тока силового выпрямителя и точкой сое., динения конденсатора фильтра и первым из указанных зажимов диода, второй вход релейного элемента подключен к точке соединения конденсатора фильтра и другого зажима диода. 7 14553 пают диоды 16 и 17, пропуская через себя ток. дросселей и исключая тем самым обрыв в цепи тока и возникновение перенапряжений. При наличи тока рекуперации через ключи 14 и 15 и тирис 5 торы инвертора 13 диоды 16 и 17 закрыты, так как напряжение на конденсаторе 4 превьппает напряжение сети.При работе рекуператора электрической энергии торможения ток рекуперации, как отмечено вьппе, протекает через обмотки сглаживающих дросселй 18 и 19, создавая на их активных сопро тивлениях падение напряжения, суммарное значение которого равно превьппению напряжения на конденсаторе 3 ( ВПАВ) над уровнем напряжения сети. При этом диоды анодной и катодной групп силового выпрямителя 4 эакрыва ются, а потенциалы плюсового и минусо-, вого зажимов конденсатора 3 относи тельно аналогичных зажимов конденсатора 7 будут соответственно равны 611 /2, т.е. входной сигнал релейного элемен та после его срабатывания уменьшается в два р:.эа, Отстраиваться от ложного отключения релейного элемента 8 в данном режиме следует выбором соответствующего коэффициента его возврата, ЗО например, отключение релейного элем мента должно происх ить при снижении входного сигнала до 1/3-1/4 уровня его срабатывания.Входной ток релейного элемента 9 в режиме рекуперации протек, ет, минуя конденсатор 7, от плюсового зажима конденсатора через резистор 1, внутреннее сопротивление релейного элемента 8 к минусовому зажиму конденсатора 40 3уменьшая на его величину ток разряда конденсатора 7.Таким образом, как в исходном состоянии, так и в режиме рекуперации дозаряд конденсатора 7 до его максимального значения происходит лишь под действием напряжения сети и не может быть больше его амплитудного значения.После прекращения тока рекуперации входной сигнал релейного элемента 8 сразу же приобретает истинное значение..,Таким образом, в предлагаемом устройстве установка превьппения напряжения на конденсаторе фильтра си 55 80 8лового выпрямителя над амплитудой питающей сети, при которой переключается релейный элемент 8, в различных режимах его работы не изменяется, что позволяет фиксировать достаточно малые значения превьппения напряжения на конденсаторе 4 фильтра силового выпрямителя, снизив вероятность появ" ления перенапряжений на ключах им" пульсного преобразователяи повысив тем самым надежность работы устройст" ва в целом.Формула изобретения1455380 Ыю-сс,фй.в Рецакто р М,Демч нштулине Тираж 548 Подписноетета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 оектная, 4 цзцодсгвенно-полиграфическо г. Ужгород,рия аказ 7458НИИПИос Ьарственного к113035, М Составитель В.ТараТехреду И.Дидык в Кор