Частотно-регулируемый электропривод с блоком торможения Советский патент 1983 года по МПК H02P3/22 

2.Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что автономный инвертор выполнен в виде инвертора напряжения, а основной и дополнительный резисторы включены между разноименными полюсами мостового выпрямителя и источника постояного напряжения.

3.Электропривод по п, 1, отличающийся .тем, что автономный инвертор выполнен в виде инвертора тока, а основной и дополнительный резисторы включены между одноименными полюсами мостового выпрямителя и источника постоянного напряжения.

4.Электропривод по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что введены два датчика тока, суммирующий элемент, компаратор и задатчик тока тормозного режима, при этом датчики тока включены соответственно в цепи основного и дополнительного тормозных резисторов последовательно, выходы через суммирующий

элемент подключены к одному из входов компаратора, другой вход которого соединен с задатчиком тока тормозного режима, а выход через Формирователь управляющих импульсов - с управляющими электродами вентилей дополнительной группы.

5. Электропривод по пп; 1-3, отличающий ся тем, что введены трансформатор постоянного тока, компаратор и задатчик тока тормозного режима, при этом первичные обг/ютки трансформатора постоянного TOKEI включены последовательно с соответствующими тормозными резисторами .и подключены к полюсам источника постоянного напряжения, вторичная обмотка трансформатора постоянного тока подключена к одному из входов компаратора, другой вход которого соединен с задатчиком тока тормозного режима, а выход через формирователь управляющих импульсов, с управлякшими электродами вентилей дополнительной группы.

1. ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИЮД С БЛОКОМ ТОРМОЖЕНИЯ, содержащий трехфазную асинхронную маитну, подключенную к источнику постоянного напряжения через автономный инверторI основной тормозной резистор, один вывод которого подключен к одному из полюсов источника постоянного напряжения, а другой вывод через группу основных управляемых вентилей - к фазам асинхронной машины, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности торможения и улучшения массогабаритных показателей за счет уменьшения установленной мосцности ннвертора, в него введены не менее одного дополнительного тормозного резистора и соответствующая дополнительная группа управляемых вентилей, при этом один вывод дополнительного тормоз§ ного резнстора подключен к другому полюсу источника постоянного йа(Л пряжения, а другой вывод через дополнительную группу управляемь1Х вентилей - к фазам асинхронной машины, причем вентили основной и дополнительной указанных групп, подключенные к одной фазе асинхрон,ной машины, образуют попарно плечи мостового выпрямителя. СП а N4

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях промьлхшенности и транспорта, в частности на контак ном и автономном электрическом подвижном составе с асинхронными коро ко замкнутыг 1и двигателями и преобраз вателями частоты. Известен частотно-регулируемый электропривод с блоком торможения, выполненный на базе трехфазной асин хронной машины, подключенной к исто нику постоянного напряжения через мостовой автономный инвертор напряжения, параллельно одному из плеч которого подключена цепь, содержаща два последовательно включенных блок каждый из которых состоит из тиристора и резистора, причем точка соед нения блоков связана с точкой соединения основных тиристоров плеча инвертора ClJ. Недостатком этого привода являет ся неравномерность токовой нагрузки фаз асинхронной машины и вентилей инвертора, вызванная несимметричным подключением тормозных резисторов относительно выходных зажимов инвертора. Наиболее близким техническим решением к изобретению является частотно-регулируемый электропривод с блоко(4 торможения, выполненный на базе трехфазной асинхронной машины, подключенной к источнику постоянного напряжения через мостовой автономный инвертор, содержащий тормозной резистор, один вывод которого подключен к одному из полюсов источника постоянного напряжения, а другой через группу управляемых вентилей - к фазам асинхронной машины 1.2 3. Недостатком известного устройства также является неравномерность токовой нагрузки вентилей инвертора, вызванная несимметричным подключением.тормозного резистора относительно входных зажимов инвертора. Кроме того, при необходимости расширения скоростного диапазона эффективного электрического торможения, например, для поддержания постоянного тормозного усилия в зоне скоростей, ниже номинальной, необходимо уменьшать эквивалентное сопротивление тормозного резистора, т.е. увеличивать относительную длительность проводимости группы управляемых вентилей, поэтому.истинное сопротивление тормозного резистора, включаемого в цепь привода в известном устройстве выбирается минимальным, соответствующим минимальной скорости торможения с постоянным тормозным усилием и, соответственно, полностью открытому состоянию группы управляемых вентилей (тормозного регулятора). Это приводит к тому, что в зоне скоростей, въпие номинальной, когда напряжение асинхронной машины максимально, тормозной регу лятор работает с большой .скважностью

При этом в течение большей части периода регулирования, в интервалах выключенного состояния регулятора, приемйик энергии Дтормозной резистор / оказывается отключенным от генератора энергии - тормозящейся асинхронной машины, что ухудшает устойчивости торможения привода. В интервалах включенного состояния регулятора максимальное напряжение асинхронной машины прикладывается к тормозному резистору малого сопротивления, что существенно увеличивает предкоммутационные и эффективные токи через вентили инвертора и регулятора и, как следствие, установленную мощность силовых вентилей и коммутируквдих устрой ств.

Указанные недостатки снижают эффективность торможения электропривода и ухудшают его массогабаритные показатели. .

Цель изобретения - повьняение эффективности торможения привода,улучшение массогабаритных показателей за счет уменьшения установленной мощности инвертора.

Поставленная цель достигается тем что в частотно-регулируемый электропривод- с блоком торможения, содержащий трехфазную асинхронную машину, подключенную к источнику постоянного напряжения через автономный инвертор основной тормозной резистор, один вывод которого подключен к одному из полюсов источника постоянного напряжения,,а другой через группу основных управляемых вентилей - к фазам асинхронной машины, введены не менее одного дополнительного тормозного резистора и соответствующая дополнительная группа управляемых вентилей, при этом один вывод дополнительного тормозного резистора подключен к другому полюсу источника постоянного напряжения, а другой вывод через дополнительную группу управляемых вентилей - к фазам асинхронной машины, причем вентили основной и дополнительной указанных групп, подключенные к одной фазе асинхронной машины, образуют попарно плечи трехфазного мостового выпрямителя.

При этом автономный инвертор выполнен в виде инвертора напряжения а основной и дополнительный тормозные резисторы включены между разноименными полюсами мостового выпрямителя и источника постоянного напряжения..

Кроме того, автономный инвертор может быть выполнен в виде инвертора тока, а основной и дополнительный тормозные резисторы включены между однЪименными полюсами мостового выпрямителя и источника постоянного напряжения.

Причем в электропривод могут быть введены два датчика тока, суммирующий элемент, компаратор задатчик тока тормозного режима, при этом датчики тока включены соответственно в цепи основного и дополнительного тормозных резисторов последовательно,вы ходы которых через суммирукщий элемент подключены к одному из входов компаратора, другой вход которого соединен с задатчиком тормозного режима, а выход через формирователь управляк«аих импульсов - с управляющими электродами вентилей дополнительной группы.

Кроме того, в устройство введены трансформатор постоянного тока, компаратор и задатчик тока то{ «эзнрго режима, при этом первичные обмотки трансформатора постоянного тока включены последовательно с соответсвующими тормозными резисторами и подключены к полюсам источника постоянного напряжения, вторичная обмотка трансформатора постоянного тока подключена к одному из входов компаратора, другой вход которого соединен с задатчиком тока тормозного режима, а выход через формирователь управлякдаих импульсов - с управляющими электродами вентилей дополнительной группы.

На фиг, 1 представлена принципиальная схема частотно-регулируемого электропривода с блоком торможения и автономным инвертором на- пряжения; на фиг. 2 - то же, с UJfoком торможения и автономным инвертором тока; на фиг. 3 - блок-схема электропривода для регулирования тормозного режима с индивидуальными датчиками тока тормозных резисторов на фиг. 4 - то же, с датчиком суммы токов тормозных резисторов;, на фиг. 5 - совмещенные тормозные характеристики электропривода и регулировочная характеристика регуля:т6ра сопротивления-тормозного резистора.

Частотно-регулируемый электропривод содержит источник 1 постоян ного напряжения (фиг. 1), автоном-.

.ный инвертор 2 напряжения с конденсатором 3 па входе, асинхронную ма шину 4, один, основной тормозной резистор 5, один вывод которого подключен к одному из полюсов (положительному источника 1 постоянного напряжения, а другой вывод через основную группу 6 управляемых вентилей - к фазам аси нхронной машины-4. В электрсгпривод введены дополнител.ь Гные TopiyiosHbie резисторы 7 и 8 и ополнительные группы 9 и 10 управляемых вентилей,причем вентили основной и дополнительной групп,подключеные к одной фазе асинхронной машины

4,образуют попарно плечи мостового вглпрямителя.

При этом основной и дополнительные резисторы включены между разноименньоми полюсами мостового выпрямителя и источника постоянного напряжения. В электроприводе при выполнении инвертора в виде инвертора тока (фиг, 2), на входе которого включен дроссель 11, тормозные резисторы включены между одноименными полюсами мостового выпрямителя и источника постоянного напряжения. Блок-схема электропривода для регулирования тормозного режима (фиг. 3) приведена в качестве иллюстраций для привода с инвертором напряжения и для случая использования только одного дополнительного тормозного резистора 7 и соответствующей группы 9 управляемых вентилей. Она содержит датчики 12 и 13 тока, включенные соотретственно в цепь основного 5 и дополнительного 7 тормозных резисторов. Выходы датчиков 12 и 13 тока подкль/-1ены к суммирующему элементу 14,. а выход последнего - к одному из двух входов компаратора 15. Второй вход компаратора соединен с задатчиком 16 тока тормозного режима, а выход через формирователь 17 управляющих импульсов подключен к управляющим электродам тиристоров дополнительной группы 9 управляемых вентилей. Дополнительный выход задатчика тормозного режима через дополнительный формирователь 18 управляющих импульсов подключен к управляющим электродам тиристоров основной группы 6 управляемых вентиле

В упрощенном, варианте электропривода (фиг. 4) датчики тока и суммирующий элемент объединены в одном блоке-трансформаторе 19 тока,при этом первичные обмотки трансформатора 19 постояннЬго тока включены последовательно с соответствующими тормозными резисторами 5 и 7 и подключены к полюсам источника постоянного напряжения, вторичная обмотка трансформатора постоянного тока подключена к одному из входов компаратора 15.

Электропривод (фиг, 1/ работает .следующим образом.

Рассмотрим вначале , когда дополнительный резистор 8 и соответствующая дополнительная группа 10 управляемых вентилей отсутствуют В этом случае основная группа б управляемых вентилей постоянно включена в течение всего времени торможения, причем сопротивление Ртц тормозного резистора 5 выбирается на оновании следующего соотношения

R..-, (1)

то

т WISIKC

где Uj максимальное напряжение на входе инвертора в тормозном режиме, iKoiKc максимальная тормозная

мощность на зажимах асинхронной машины.

В соотношении (1 ) не учтены по тери мощности в инверторе.

Энергия торможения асинхронной машины через группу обратных диодов 0 инвертора 2 и группу 6 управляемых ввитилей поступает в тормозной резистор 5, где превращается в тепло. Если при этом дополнительная группа 9 управляемых вентилей в режиме тор можения не включается, а входное напряжение инвертора изменяется в соответствии с кривой А (фиг. , то реализуемая тормозная характеристика - зависимость тормозного мбмента MT- от частоты вращения и асин0 хронной машины - соответствует кривой В (фиг. 5 or).

Для повышения эффективности торможения за счет поддержания постоянным максимального тормозного момен5 та причастотах вращения, больищх или меньших номинальной (п 1 или h , 1 ), дополнительный тормозной резистор 7 с помощью дополнительной группы 9 управляемых вентилей перио0 дически подключается к фазам асинхронной Мсчшины 4, При этом связь относительной частоты вращения асинхронной машины и , относительного сопротивления дополнительного тор- .

R,

Тр

-о

мозного резист.ораЙ

и коз ффитр

то

циента заполнения регулятора тормозного резистора К выражается соот40 ношением .

f- п

п 1; (2 ;

при

п г 1 ., (31

(t,M)

при

в частности, при равенстве сопротивлений основного 5 и дополнительного 7 тормозных резисторов Игр реализуемая тормозная характеристика соответствует кривой С (фиг. 5 от). При этом в точке регулятор тормозного резистора (группа 9 управляемых вентилей / полностью закрыт, а при 1 коэффициент заполнения

Кз регулятора изменяется (фиг. При п 0,5 и регулятор полностью открьлт (Кз и и эквивалентное сопротивление тормозного резистора 0,5Рт-о.

Из сказанного следует, что при необходимости могут быть раздельно реализованы участки тормозной характеристики С при и 1 и при 1. Если регулирование тормозного резистора предусмотрено только при .п 1, то представляется дополнительная возможность уменьшить токовую нагрузку тиристоров регулятора, а также улучшить токораспределенйе между вентилями инвертора в диапазоне П 71 за счет включения еще одного дополнительного тормозного резистора 8 и соответствующей группы 10 управляемых вентилей (фиг. 1).

В этом случае сопротивления резисторов 5 и 7 равны и выбираются на основании соотношения

( - R - сЯ макс

(4) Г т РТМО,КС

При этом в диапазоне п группы б и 9 управляемых вентилей и, соответственно, тормозные резисторы 5 и 7 постоянно включены, а группа 10 управляемых вентилей.и, соответс венно, тормозной резистор 8 выключены. Благодаря этому, в диапазоне 1 схема тормозного регулятора абсолютно симметрична относительно входных и выходны зажимов инвертора, что обеспечивает равномерную токовую нагрузку тиристоров и диодов инвертора, а также в следствие вдвое большего сопротивления тормозных резистбров 5 и 7 по сравнению с предыдуцдам случаем, приводит к снижению вдвое токовой нагрузки тиристоров управляемых групп 6 и 9 и уменьшению предкоммутационных токов инвертора.

В диапазоне И 1 группы б и 9 управляемых,вентилей по-прежнему остаются постоянно включенными, а группа 10 периодически подключает резистор 8 к фазам асинхронной машины 4 аналогично тому, как это было описано для группы 9 в случае использования только двухтормозных резисторов 5 и 7.

При использовании в электроприводе инвертора тока (фиг. 21 напряжение на входе инвертора в тормозном режиме изменяет полярность, поэтому для передачи энергии асинхронной машины 4 в тормозные резисторы 5, 7 и 8 группы управляемых вентилей включаются так, как показано на фиг. 2, т.е. в отличие от привода с инвертором напряжения, тормозные резисторы включайт между одноименными полюсами источника 1 постоянного напряжения и мостового выпрямителя, образованного ОСНОВНОЙ б и любой из дополнительны 9 и 10 групп управляемых вентилей. Диапазоны скоростей,, в которых включены основная б и дополнитель,ные 9 и 10 группы управляемых вентилей, аналогичны описанному.

Для реализации тормозной характеристики С (фиг. За/ в диапазоне,

остоящий в том, что хотя бы одну з групп управляемых вентилей, наприер группу б, оставляют постоянно включенной,а коэффициент заполнения хотя одной из оставшихся групп правляемых вентилей, например групы 9 (фиг. 3, регулируют таким обазом, чтобы сумма Токов тормозных езисторов 5 и 7 оста.валась на постоянном уровне, соответствующем заанному сигналу уставки. Реализуемая при этом зависимость К(ц р диапазоне соответствует представленной на фиг, 56.

Устройство, представленное на фиг. 3, работает следующим образом.

При переходе электропривода в тормозной режим по сигналу задатчика 16 формирователь 18 переводит основную группу б тиристоров в режим работы диодной выпрямительной схемы, подключая тормозной резистор 5 к входу и выходу инвертора. Одновременно на вход компаратора 15 подается напряжение уставки и ,соответствующее току, протекающему по тормозному резистору 5 при заданном максимальном напряжейии на входе инвертора

и

и

d макс

с1 MdKc

Чо.

Если , значение тока Dp , измеренное датчиком 12 тока, соответствует заданному сигналу уставки и с выхода компаратора 15 на вход формирователя 17 тгоступает сигнал, запрещающий включение группы . 9 управляемых вентилей. При . напряжение (J на входе инвертора уменьшается (кривая А , фиг.5«/ значение тока, протекающего по резистору 5, становится меньше JQ а напряжение обратной связи UQ на входе компаратора 15 меньше напряжения уставки Uy . При этом с выхода компаратора 15 на вход формирователя 17 поступает разрешающий сигнал на включение группы 9 управляемых вентиле.й. Через резистор 7 также начинает протекать ток, который измеряется датчиком 13 тока. Элемент 14 суммирует сигналы, пропорциональные токам тормозных резисторов 5 и 7, а сигнал суммы токов поступает на вход компаратора 15 в,виде сигнала обратной связи. Как только сумма токов тормозных резисторов достигает и становится несколько больше Од напряжение UQC превышает Uy , при этом компаратор 15 выключает группу 9 управляемых вентилей, и, соответственно, тормозной резистор 7. Далее цикл повтх)ряется. Каждому значению п и, соответственно, каждому зна- . чению и, при заданном напряжении соответствует вполне определенное соотношение времен включенного и выключенного состояний группы 9, т.е. вполне определенный коэффициент заполнения регулятора.Реализуемая при этом зависимость .) при . соответствует представленной на фиг. 5 б в диапазоне г rt 0,5-1. Благодаря поддерживанию пбстоянной сукаиы токов тормозных резисторов при уменьшающемся пропорционально скорости напряжении 0 в определенном диапазоне скоростей ниже номинальной ( предлагаемое устройство подцер живает постоянным максимальное значение тормозного момента, что расширяет тормозные возможности электропривода Отличие устройства, представленного на фиг. 4, от описанного состоит в том, что измерение токов тормозных резисторов 5 и 7 производится не ,индивйдуальнь1М51 Датчиками тока, а общим трансформатором 19 постоянного тока,одна первичная обмотка которо-г, го подзключает Формозной резисто 5 К Положительному полюсу источника 1, а вторая первичная обмотка подключает тормозной резистор 7 к отрицательному полюсу источника 1. Транс-f

rr

-rws- форматор 19 постоянного тока 19 одновременно осуществляет электромагнитное суммирование токов тормозных резисторов, поэтому необходимость в дополнительном сумматоре отпадает, и напряжение Uoc с выхода датчика, а именно с выхода нагрузочного резистора в цепи вторичной обмотки трансформатора постоянного тока, поступает непосредственно на один из входов компаратора 15. Изобретение позволяет уменьшить износ механических тормозов/ повысить производительность транспортных средств за счет расширения области действия электрического торможения, уменьшить габариты, стоимость и повысить надежность преобразовательной установки за счет сни« жения установленной мощности коммутирующих устройств, улучшения токо,распределения между вентилями инвер,тора и исключения интервалов.работы асинхронной машины при отключенном тормозном резисторе.