Устройство для импульсного регулирования частоты вращения электродвигателя и рекуперативного торможения

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повьшение надежности работы путем повышения стабильности величины превышения напряжения на конденсаторе cat лового фильтра над уровнем напряжения сети, при котором происходит включе

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЯ4АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 1) 4 11 02 Р 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2 1) 4246638/24-07 (22) 18 ° 05.87 (46) 30.01. 89. Бюл . М 4 (71 ) Всесоюзный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В.Ф.Шепелнн и Ю.А.Аракелян (53) 621.313.322.013.8:621(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1403322, кл . Н 02 Р 7/42, 1986.

Авторское свидетельство СССР

У 832688, кл. Н 02 Y 3/14, 1978.

ÄÄSUÄ, 1455380 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТИИ И РЕКУ11ЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности работы путем повышення стабильности величины превы" шення напряжения на конденсаторе сн.. лового фильтра над уровнем напряжения сети, прн котором происходит включе" .!

455380. ние рекуператора тормозной энергии.

В устройство для импульсного регулирования частоты вращения электродвигателя введены два резистора 10, 11 и диод !2. Резистор IO 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 напря-!О жения сети, при котором происходит включение рекуператора тормозной энергии.

На фиг.! приведена принципиальная схема устройства для импульсного регу.1 лирования частоты вращения электродвигателя; на фиг.2 - схема проникания токов; на фиг.3 — формы выходных сигналов соответствующих элементов схемы фиг.1.

Ниже приняты следующие обозначения:

U, — напряжение питающей сети; — напряжение задания частоты вращения электродвигателя;

Ы вЂ” частота вращения электродви3 гателя

- ток дросселя в процессе реку" перации.тормозной энергии в питающую сеть;

ЗО !.1ъ в !14 э U> > U8 > U2a> з м!4 4.б» форма выходного сигнала соответствующих элементов схемы фиг.l. в питающую сеть, входами переменного тока, соединенного с аналогичными входами силового и измерительного выпрямителей. В процессе работы уст" ройства заряд конденсатора 7 до его максимального значения происходит лишь под действием напряжения сети и не превышает его амплитудного значения. После прекращения рекуперации входной сигнал релейного элемента

8 приобретает истинное значение, В результате обеспечивается фиксация достаточно малых значений превьппения напряжения 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 6 ° второй конденсатор 7, 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 10, 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 выпрямителя

6, Первый введенный резистор 10 подключен к выходным зажимам измерительного выпрямителя 6, а второй резистор 1!з

14553 между вторым зажимом постоянного тока силового выпрямителя 4 н точкой соединения второго конденсатора 7 и первым из указанных зажимов диода

12. Второй вход релейного элемента

8 подключен к точке соединения конденсатора 7 фильтра и другого зажима диода 12.

Блок 5 рекуперации электрической энергии торможения в питающую сеть состоит из трехфазного мостового тиристорнога инвестора 13, ключей

14 и 15, обратных диодов 16 и 17, сглаживающих драсселей 18 и 19. 15

Блок 9 управления блоком 5 рекуперации содержит блок транзисторных оптранных ключей 20, входные диодные цепи которых образуют трехфазный . мостовой выпрямитель 21, зажимы переменного така которого соединены с зажимами сипового выпрямителя 4, блок

22 формирования импульсов управления ключами 14 и 15 инвертора 5 по фронтам выходных сигналов оптронных клю- 25 чей 20, выполненный, например, на базе диффе енцирующих Пепочек, схему

23 совпадения, входные зажимы которой связаны с выходом блока 22 и выходом релейного элемента 8 .,блок 24 инвертирующих логических элементов и шесть логических сх м совпадения 2530, предназначенных дпя управления тиристорами инвертора 13 блока 5 рекуперации электрической энергии

35 торможения в питающую сеть., Блок 24 инвертирующих ло:ических элементов содержит 6 логических схем

НЕ, которые включены s цепь связи вы-.. ходных зажимов блока 20 транзисторных 4 аптронных ключей с соответствующими входами зажимами логических схем сов».. падения 25-30.

Имеется также блок 31 управления ключами импульсного преобразователя

l,на вход которого подаются сигналы, пропорциональные заданию частоты вращения электродвигателя U> (фиг.3), действительной частоты вращения электродвигателя я и действительному .о току Фаз электродвигателя, Устройство для импульсного регулирования частоты вращения электродвигателя работает следующим образом.

В исходном состоянии схемы подано ,55 напряжение питающей. сети и конденса торы 3 и 7 фильтров заряжены до его амплитудного значения, задающее напряжение Uq равно нулю и все транэистор80

4 ные ключи инвертара закрыты, так в обмотках двигателя отсутствует н он находится в неподвижном состоянии, При равенстве напряжений на зажи-мах конденсаторов 3 и 7 на входе релейного элемента 8 нулевой сигнал, который вызывает появление на выходе логической схемы 23 также гулевого сигнала, запрещая тем самым включение ключей 15 и 14.

Да амплитудного значения напряжения сети конденсатор 7 заряжается через диод 12 и диады измерительного выпрямителя б. После этого диод 12 закрывается положительным потенциалом конденсатора 7, прикладываемым к другому зажиму диода через цепь резистора 10, и так через нега не протекает, Частичный разряд конденсатора 7 происходит через открытые диады анадных групп вы нрямитепей 4 н 6 и резистор 1 l с постоянной времени разряда T = B ц, С.,- выбираемой из условий дапустимага уровня изменения уставки срабатывания релейного элемента 8 (например, 510 В). При выборе соотношений между резисторами 10 н ll должна выполняться условие, чтобы ток через резистор

l0 при минимальном значении напряжения сети был равен или превышал ток разряда конденсатора 7 !ерез резистор

11. В противном случае диод l". мажет быть открыт, а диады анадной группы измерительного выпрямителя 6 закрыты и конденсатор ? не может и не будет выполнять сваю роль фильтра разности напряжежй на входе релейного элемента (при отсутствии диода 12 пульсация напряжения между положительным потекциалам конденсатора 3 и общей тачкой релейного элемента с конденсатором 7 и диодом 12 будет соответствова ь пульсации на выходе трехфазчого выпрямителя без фильтра). Поскольку диоды анодных групп выпрямителей 4 и 6 открыты, то положительные потенциалы на заломах конденсаторов 3 и 7 относительно общей точки схемы равны, напряжение на резисторе Р, равно налряжению на конденсаторе 7, а разность потенциалов между минусовыми зажимами конденсаторов 3 и 7 (вход релейно" го элемента 8) будет определяться уровнем пульсации на конденсаторе 7.

Развертка схемы фиг.l для цепи протекания зарядных и разрядных TGK08 конденсаторов 3 и 7 представлена на фиг ° 2, При этом сплошными стрелка145 ми показано направление протекания фока 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) про екает 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 соответстующих схем совпадения, например

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 13 нвертора рекуперации.

Таким образом, в исходном состояи схемы ключи 14 и 15 отключены, а управляющих электродах тиристоров

Инвертора 13 сигналы отсутствуют и тиристоры закрыты.

Ток по входным цепям оптронных . лючей 20,включенных по схеме трехазного 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 сигнала U на выходе блока 31 управления ключами импульсКого преобразователя появляются управляющие сигналы, которые открыва-

Ют соответствующие ключи,.и к фазам двигателя прикладывается напряжение

Конденсатора 3 фильтра, ток двигатех1я начинает нарастать. При превышеКии их заданного значения ранее отКрытые транзисторные ключи инвертора

1 закрываются и энергия, запасенная

xI индуктивностях рассеяния двигателя, Качинает перекачиваться" через обратные диоды ключей в конденсатор 3, подзаряжая его, При снижении тока фаз ниже заданного уровня происходит г1овторное открытие соответствующего

1 ранзисторного ключа инвертора и пов"

a oðHoå нарастание тока. В таком режиме широтно-импульсной ; модуляции

1 ранзисторные ключи инвертора продол;, . жают работать и в дальнейшем, отра53SO 6 батывая заданное значение тока фаэ двигателя.

Как следует иэ вьппеиэложенного, при каждом переключении транэистороь

5 инвертора часть энергии, запасенной в индуктивностях рассеяния двигателя, возвращается в конденсатор фильтра несколько увеличивая его напряжение.

Однако в двигательном режиме по»,, требляеиая 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 превьш ает напряжение сети на заданную величину, определяемую установкой срабатывания релейного элемента

8, Последний переключается, íà его

25 выходе появляется логическая единица, . которая поступает на вход схемы cosпадения 23. При наличии на другом ее входе логической единицы на ее выходе появляется также логическая

З0 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

13 (для подключения двух фаз с наибольшим встречным напряжением), создавая тем самым контур разряда конденсатора 3 на питающую сеть.

4О Ограничение тока рекуперации от постоянной составляющей разности напряжений конденсатора и сети производится активными сапротивлениями контура (активные сопротивления обмоток

45 дроесселей 18 и 19), а амплитуда ,переменной составляющей — индуктивностью Вьппеуказанных дросселей. Коммутащюя тока тиристоров инвертора 13 в процессе рекуперации тока осуществляется транзисторными ключами 14 и

15, которые кратковременно закрываются 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 IS и 19, то в работу встуУстройство 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 соединеВ ны с выводами первого кондеьсатора, подключенного к выходу силового выпрямителя, блок рекуперации электрической энергии торможения в питающую сеть, соединенный зажимами постоянного тока с входом импульсного преобразователя ° а зажимами переменного тока с аналогичными 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, отличающееся 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 тирис5 торы инвертора 13 диоды 16 и 17 закрыты, так как напряжение на конденсаторе 4 превьппает напряжение сети.

При работе рекуператора электричес-1р кой энергии торможения ток рекуперации, как отмечено вьппе, протекает через обмотки сглаживающих дросселй 18 и 19, создавая на их активных сопро тивлениях падение напряжения, суммар-15 ное значение которого равно превьппению напряжения на конденсаторе 3 (hU ) над уровнем напряжения сети.

При этом диоды анодной и катодной групп силового выпрямителя 4 эакрыва- рр ются, а потенциалы плюсового и минусо-, вого зажимов конденсатора 3 относи» тельно аналогичных зажимов конденсатора 7 будут соответственно равны ь11 /2, т.е. входной сигнал релейного элемен- 25 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, щр 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 11, внутреннее сопротивление релейного элемента 8 к минусовому зажиму конденсатора 4р

3 ° уменьшая 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 зна чение. ..Таким образом, в предлагаемом устройстве установка превьппения напряжения на конденсаторе фильтра си55

80 8 лового 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 появления перенапряжений на ключах им" пульсного преобразователя l и повысив тем самым надежность работы устройства в целом.

Формула изобретения

1455380 и,„, Составитель В,Тарасов

Техред И.Дидык Корректор М.Демчик

Редактор Н.Киштулинец

Заказ 7458/5Ь Тираж 548 Подписное

BHHIfHH .о=ударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5! .,: i,пзводсгвенно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4