Устройство для управления торможением частотно- регулируемого электропривода

 

Устройство для управления торможением частотно-регулируемого электропривода может быть использовано для асинхронного двигателя. Цель изобретения - сокращение времени торможения . Устройство содержит преобразователь частоты (ПЧ) I с широтноимпульсным регулированием, асинхронный двигатель 2, систему управления (СУ) 3, блоки управления напряжением 4 и частотой 5. Задатчик 6 интенсивности подключен одним входом к пульту 7 управления, а другим входом - к ключевому элементу 8-. Датчик 9 напряжения двигателя подключен к входу компаратора 10. Введение синхронного триггера (СТ) Ii первого и второго логических элементов (ЛЭ) (типа И-НЕ) 12 и 13 осуществляет эффективное торможение двигателя при автоматической коррекции темпа изменения (Л pi/g.f

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

{19) (И) (51) g Н 02 P 3 22.1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlQ делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3817293/24-07 (22) 29 ° 11. 84 (46) 07,06.86. Вюл. ¹ 21 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и тех-. нологический институт силовых полупроводниковых устройств (72) А.В, Волков и А.В. Мищенко (53) 621.316.71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 486445, кл. Н 02 P 7/42, 1975

Авторское свидетельство СССР №- 922983, кл. Н 02 Р 3/22, 1982 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТОРМОЖЕНИЕМ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО

ЭЛЕКТРОПРИВОДА (57) Устройство для управления торможением частотно-регулируемого электропривода может быть использовано для асинхронного двигателя. Цель изобретения — сокращение времени торможения. Устройство содержит преобразователь частоты (ПЧ) 1 с широтноимпульсным регулированием, асинхронный двигатель 2, систему управления (СУ) 3, блоки управления напряжением

4 и частотой 5. Задатчик 6 интенсивности подключен одним входом к пульту

7 управления, а другим входо — к ключевому элементу 8; Датчик 9 напряжения двигателя подключен к входу компаратора 10. Введение синхронного триггера (СТ/ 11 первого и второго логических элементов (ЛЭ) (типа

И вЂ” НЕ) 12 и 13 осуществляет эффективное торможение двигателя при автоматической коррекции темпа изменения

)23 уменьшения) частоты из условия допустимых перенапряжений на силовых элементах ПЧ 1 и соответствующее это му режиму ограничение скольжения двигателя в генераторном режиме. Состоя. Ние выходного сигнала СТ )1 задается

6593 сигналами К 10 и ЛЗ 12, а разрешением на изменение состояния СТ ll служит динамическое изменение на стробирующем входе сигнала СУ 3, который совпадает с окончанием проводящего состояния тиристоров ПЧ 1. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-управляемым электроприводом с широтно-, импульсным регулированием выходного напряжения, и может быть использовано 5 в различных отраслях промышленности: химической, горнодобывающей, металлургической и других, для управления торможением частотно-регулируемого асинхронного двигателя, !О

Цель изобретения — сокращение времени торможения, На фиг.l приведена функциональная г схема устройства для управления торможением частотно-регулируемого элек тропривода; на фиг. 2 — функциональная схема системы управления преобразователем; на фиг. 3 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство для управления торможением частотно-регулируемого элект-. ропривода содержит преобразователь частоты с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения, подсоединенный выходом к асинхронному двигателю 2, а входом через систему упРавления преобразователем 3 — к выходам блоков управления напряжением

4 и частотой 5, задатчик 6 интенсивности1 НОдключенный Одним из сВОих входов к выходу пульта 7 управления, другим входом — к выходу ключевого элемента 8, а выходом — ко входам блоков управления напряжением 4 и частотой 5, датчик 9 напряжения дни- 3g гателя, подключенный выходом к входу компаратора !О, синхронный триггер

11, первый и второй логические элементы типа И-НЕ 12 и )3. При этом синхроннъ)й триггер l! подключен пер- 4О вым входом непосредственно, а вторым входом через первый логический элемент И-НЕ. 12 к выходу компаратора 10, третьим стробирующим входом синхронный триггер 11 подсоединен к выходу модулятора ширины импульсов в системе управления преобразователем 3, а своим выходом — к первому входу второго логического элемента И-НЕ 13, связанного BTQpbM входом с выходом компаратора 10, а выходом — с входом ключевого элемента 8. Преобразователь 1 частоты состоит из последовательно соединеных неуправляемого нереверсивного выпрямителя 14, сглаживающего фильтра 15 и автономного инвертора 16 напряжения с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения. Задатчик 6 интенсивности содержит последовательно включенные компаратор )7 и интегратор 18, а датчик 9 напряжения двигателя — последовательно соединенные трансформатор 19 напряжения и схему 20 выпрямления.

Функциональная схема системы управления преобразователем 3 (фиг. 2} содержит последовательно соединенные задаю— щий генератор 2), кольцевой счетчик 22, блок 23 логики и блок 24 Выходных формирователей, причем Второй вход блока 23 логики связан через модулятор 25 ширины импульсов с выходом генератора 26 пилообразного напряжения и является вторым выходом систе-! мы управления преобразователем 3, а вход задающего генератора 21, второй вход модулятора 25 ширины импульсов и выход блока 24 выходных форми-. рователей являются соответственно двумя входами и первым выходом системы управления преобразователем 3.

На фиг. 3 приведены Временные диаграммы паботы устройства, где !) !

)4 и Ll< — Выходные сигналы соответственно генератора 26 пилообразного напряжения„ блока 4 управления напряжением и модулятора 25 ширины им1236593 пульсов; 0.24,, U u jl — соответственно выходной сигнал блока 24 выходных формирователей, выходное линейное напряжение преобразователя 1 частоты и выходной сигнал датчика 9 напряжения двигателя; U 0, О,п, U и Π— выходные сигналы соответстнен6 но Kol.паратора 10, синхронного триггера ll логического элемента 13 и задатчика 6 интенсивности, 10

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при установившемся режиме работы электроприводы выходная частота электропривода

15 задае тся величиной выходно го сигнала с пульта 7 управления, поступающего через задатчик 6 интенсивности на входы блоков управления напряжением

4 и частотой 5, которые служат для формирования заданной функциональной зависимости между напряжением и частотой двигателя (т.е. реализации заданного желаемого закона частот25 ного управления асинхронным .двигателем) и стабилизации, соответственно, напряжения и частоты на уровне заданных значений. При этом в преобразователе l частоты частота и среднее выпрямленное значение выход- З0 ного напряжения регулируются пос:редством системы управления преобразователем 3 путем широтно-импульсного способа регулирования выходного напряжения. В системе управления 35 преобразователем 3 частота импульсов управления задается от выходного сигнала 0, поступающего с выхода блока 5 уйравления частотой и воздействующего на вход задающего генерато — 40 ра 21, а скважность импульсов управления задается от сигнала 04, поступающего с выхода блока 4 управления напряжением и воздействующего на один из входов модулятора 25 (фиг,2),45

На второй вход модулятора 25 ширины импульсов поступает сигнал с вы,хода генератора 26 пилообразного нап. ряжения, при этом на выходе модулятора 25 ширины импульсов формируется 50 сигнал 11 модуляции (фиг.3), задающий скважйость импульсов управления преобразователя lj< < . Формирование импульсов управления тиристорами в системе управления преобразовате- 55 лем 3 осуществляется посредством кольцевого распределителя 22 и блока

23 логики (на один из входов котороro воздействует сигнал модуляции

5 -), а усиление и гальваническая развязка импульсов управления осуществляется с помощью блока 24 выходных формирователей. Установившийся режим работы электропривода (интервал времени 0 -t,, фиг.3) характеризуется отсутствием перенапряжений на выходе преобразователя I частоты, при этом выходной .сигнал датчика 9 напряжения не превышает порог устав 1овки 1„„ (допустимых перенапряжений

Hа выходе преобразователя 1), выходной сигнал компаратора 10 равен логическому сигналу "1", выходной сигнал триггера 11 — равен "1", выходной сигнал логического элемента 13 (типа И-НЕ) равен "О", ключевой элемент

8 — закрыт и не воздействует на второй вход задатчика 6 интенсивности.

Рассмотрим работу устройства в режиме торможения, Командой к началу режима торможения является уменьшение величины сигнала задания на выходе пульта 7 управления. С момента изменения указанного сигнала задания (момент времени 4,, фиг.3) изменяется выходной сигнал 0 задатчика б интенсивности с темпом, определяемым величиной выходного сигнала компаратора 17 и величинами сопротивления входных резисторов и конденсатора обратной связи интегратора 18 в задатчике 6 интенсивности. В зависимости от скорости уменьшения выходного сигнала

0 задатчика интенсивности (а зна6 чит, выходной частоты и напряжения электрапривада) и маховых масс инерции привода изменяется скольжение асинхронного двигателя 2 в генераторном режиме работы. При этом величиной скольжения двигателя в генераторнам режиме работы определяется величина тока, протекающего в обратном направлении: от двигателя через диоды обратного моста автономного инвертара 16, через диод-резистор — конденсатор силового фильтра 15 ° Кинетическая энергия в виде электрических потерь рассеивается в самом двигателе 2, силовых элементах инвертара

16 и фильтра 15, в результате чего двигатель подтормаживается. Однако при больших скольжениях двигателя (большие темпы снижения частоты) и в случае малого активного сопротивления потерь преобразователя частоты

)236593 и малой емкости конденсатора силового фильтра (что соответствует экономично спроектированным преобразователя 1) наблюдаются перенапряжения на выходе преобразователя частоты, приводящие к выходу из строя силовых элементов преобразователя, Указанные перенапряжения вызваны тем, что большой объем энергии при интенсивном торможении, 10 возвращаемый от двигателя, не успевает рассеиваться в двигателе и актив" ных элементах преобразователя частоты и приводит к накоплению энергии в емкостных и индуктивных силовых элементах преобразователя частоты, !

5 вызывая недопустимые перенапряжения ..

При,цостижении скольжением двигателя 2 в генераторном режиме работы значения, вызываюцего протекание обратного тока величиной, приводящей к созданию на выходе преобразователя наибольших допустимых разрешенных перенапряжений (предельное значение которых определяется классом напряжения выбранных силовых тиристоров инвертора 16 и предельным разрешенEIblN H eEIEIeM HBIIpEDI(eEIHEI для установ. ленных конденсаторов силового фильт ра )5), выходной сигнал !1 датчика

9 напряжения превьш!ает порог установ, !! ки !) „ вследствие чего изменяется значение выходного сигнала компаратора 10 на "0", Выходной сигнал логической схемы 13 равен "!", ключевой элемент 8 открыт и на вход интегратора 18 задатчика б интенсивности поступает нулевой сигнал, при этом прекращается изменение (уменьшение) выходного сигнала !) 3;3датчика 6 ин6 4О тенсиьности, а значит, изменение выходной частоты электропривода, в ре зультате чего ограничивается в генераторном режиме работы величина скольжения двигателя из условия лредель45 но допустимых перенапряжений на выходе преобразователя 1 частоты (косвенно через ограничение скольжения двигателя достигается ограничение величины обратного тока преобразователя 1) . Таким образом, корректиру50 ется темп уменьшения выходного сигнала задатчика 6 интенсивности, в течение интервала проводящего состояния тиристоров инвертора 16 (т,е, при наличии импульса в выходном сигнале датчика 9 напряжения), Состояние выходного сигнала синхронного триггера )1 задается выходными сигналами компаратора 0 и логического элемента И-НЕ 12 (поступающим на два установочных входа триггера 1)), а разрешением на изменение состояния синхронного триггера Il служит динамическое изменение на стробирующем входе сигнала с уровня !

1 на уровень 0". В качестве сигна. ла, поступающего на стробирующий вход синхронного триггера 11 используется сигнал модуляции 0 системы управления преобразователем 3, в котором перепад уровня сигналов "1" в

"0" совпадает с окончанием проводящего состояния тиристоров преобразователя 1 (совпадает с момента окончания импульса в выходном сигнале датчика 9 напряжения двигателя), Если за время длительности импульса выходного напряжения (т,е. до момента начала нулевой паузы в сигнале датчика 9 напряжения1 благодаря ðàñсеиванию энергии в элементах преобразователя и двигателя 2 величина мгновенного значения сигнала 0 становится меньше предельно допустимой ), выходной сигнал компаратора !!! !! !!

)О становится равным 1", выходной сигнал триггера 11 остается равным

"1", выхоцной сигнал логическоI.о элемента 13 равен "0", ключевой элемент 8 закрывается, продолжается изменение (уменьшение) выходного сигнала задатчика 6 интенсивности, а значит, продолжается изменение (уменьшениеt выходной частоты и выходного напряжения электропривода, Режиму торможения, при котором за время проводящего состояния тиристоров (т.е„ за время длительности импульс» в выходном сигнале !) датчиEcl 9 IIàïðÿõ<åíèÿ) перенапряжения на выходе преобразователя 1 уменьшаются ниже допустимых значений, соответствует интервал времени, — „ на фиг.3.

Если за время длительности импульса выходного напряжения (т.е.если вмомент времени, предшествукхций наступлению нулевойпаузы в сигнале датчика

9 напряжения! перенапряжения на выходе преобразователя не уменьшаются. ниже предельно допустимого значения фиг,3 интервал времени ! то в момент окончания импульса выходпого напряжения Ц датчика 9 нап9 ряжения (контролируемый по фронту изменения из ") в "0" сигнала моду1236593 ляции, поступающего на стробирующий вход синхронного триггера 11) триггер 11 изменяет свое выходное состояние на "0" и сохраняет указанное состояние в течение времени до следующего перепада уровня стробирующего сигнала из "1" в "0". При этом выходной сигнал логического элемента

И-НЕ 13 равен "1", ключевой элемент

8 открыт, выходной сигнал Ц задатчика 6 сохраняет свое неизменное значение.

По истечении интервала времени в течение которого при неизменной частоте и ограниченной (из условия допустимых перенапряжений) величине скольжения двигателя в гене. раторном режиме работы избыточная ки. нетическая энергия привода рассеивается в элементах преобразователя 1 и двигателе 2, перенапряжения на выходе преобразователя 1 уменьшаются ниже предельно допустимого значения (° и с момента времени 1 начина% ется изменение выходной частоты с темпом, зависимым от сигнала 0 задатчика 6 интенсивности. При этом выходной сигнал компаратора 10 равен

"1" логического элемента 12 "0", триггер 11 изменяет состояние своего 30 выходного сигнала на "1", выходной сигнал логического элемента 13 равен

"0", ключевой элемент 8 закрыт, от задатчика 6 интенсивности задается темп изменения (уменьшения) выходной gg частоты электропривода,двигатель 2 тормозится доэаданного значениячастоты, Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется эффективное торможение двигателя при автомати- о ческой коррекции темпа изменения (уменьшения) частоты из условия додостимых перенапряжений на силовых элементах преобразователя частоты и соответствующего этому режиму ограничения скольжения двигателя в ге нераторном режиме работы.

Предлагаемое техническое решение сокращает впемяторможения и повышает надежность электропривода,уменьшает стоимость и габариты устройства.

Сокращение времени торможения частотного электропривода с широтно-им пульсным регулированием выходного напряжения достигается осуществле- Ы . нием автоматической коррекцп:i темпа уменьшения частоты из условия ограничения на уровне предельно допустимых значений перенапряжений на выходе преобразователя, причем коррекция осуществляется в течение как проводящего, так и непроводящего состояний основных тнристоров преобразователя и эквивалентна режиму автоматического выбора максимальна возможного значения скольжения двигателя (из условия рассеивания кинетической энергии привода на активных элементах преобразователя в двигателе в генераторном режиме работы, В отличие от известного устройства, в котором коррекция темпа уменьшения частоты осуществляется в функции разности сигналов задания и обратной связи по напряжению, в предлагаемом устройстве осу ществляется эффективное торможение во всем диапазоне выходных частот электропривода {т.е. независимо от величины скважности импульсов регулируемого выходного напряжения).

Формулаизобретения

Устройство для управления торможением частотно-регулируемого электропривода, содержащее преобразователь частоты с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения, подсоединенный выходом к асинхронному двигателю, а входом через систему управления преобразователем с модулирующим выходом — к входам блоков управления напряжением и частотой, задатчик интенсивности, один из входов которого снабжен выводом для подключения к выходу пульта управления, другим входом подключенный к выходу ключевого элемента, а выходом — к входам блоков управления напряжением и частотой, датчик напряжения двигателя, подключенный выходом к входу компаратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени торможения, в него введены синхронный триггер, первый и второй логические элементы типа И вЂ” НЕ, синхронный триггер подключен первым входом непосредственно, а,вторым входом через первый ,Ioгический элемент И-НŠ— к выходу компаратора, третьим стробирующим вхо дам синхронный триггер подсоединен к модулирующему выходу системы управления преобразователем, а своим выходом — к первому входу второго логического элемента И-НЕ, связанного вторым входом с выходом компаратора, а выходом — с входом ключевого элемента.!

236593

Составитель t), Тарасов

Техред Л.Олекник Iioppexvop N. Шарохин

Редактор Е. Папп

Заказ 309б/57 Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)3035„ Москва, Ж-35, Раушская наб,, д,4/5

Производственно-поли1 рафическое предприятие., г. Ужгород, ул. Проектная, 4