Частотно-регулируемый электропривод Советский патент 1988 года по МПК H02P5/34 H02P7/42 

Zl-t.

(Л С

ров 18, 21 блоков 12, 13 соответственно. Каждый блок 12, 13 включен между соответствующими выводами по- стоянного foKd вьтрямителя 4 и инвертора 2. Инвертор 5 рекуперации через транзисторные ключи 7, 8 связан с соответствующими выводами дросселей 10, 11. В результате появилась возможность использовать дроссели

10, 11 только в режиме рекуперации тока в сеть, действующее значение которого за период повторяемости в несколько раз меньше действующего значения тока, потребляемого электродвигателем 1 в двигательном режиме. Это в свою очередь позволит уменьшить индуктивность дросселей 10 11. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в металлорежущих станках. Целью изобретения является улучшение массогаба- ритных показателей. Указанная цель достигается введением обратных диодов 14, 15 и блоков 12, 13 формирования траектории включения ключей г транзисторного инвертора 2 и подключением дросселей 10, 11 для ограничения пульсаций через диоды 14, 15 соответственно к выводам постоянного тока силового выпрямителя 4 и к об- м щим точкам диодов 17, 20 и резисто- с S

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регулируемым электроприводам переменного тока, и может найти применение в электроприводах металлорежущих станков.

Цель изобретения - улучшение мас- согабаритных показателей.

На чертеже приведена схема частотно-регулируемого электропривода. )

Частотно-регулируемый электропривод содержит электродвигатель переменного тока, транзисторный инвертор 2, вы воды переменного тока которого соедине ; ны с фазными выводами электродвига- :теля 1, обратньй диодный мост 3, выводы постоянного и переменного тока которого соединены с выводами постоянного и переменного тока транзисторного инвертора 2. Электропривод содержит также силовой выпрямитель 4, выводы переменного тока которого служат для подключения к сети, инвертор рекуперации 5, выполненный в виде тиристорного моста 6, с двумя транзисторными ключами 7 и 8, конденсатор 9 фильтра и дроссели 10 и 11 для ограничения пульсаций тока рекуперации. Конденсатор 9 фильтра подключен к выводам постоянного тока силового выпрямителя 4. Коллектор транзисторного ключа 7 соединен с одним выводом постоянного тока инвертора 5, с другим вьшодом постоянного тока которого соединен эмиттер транзисторного ключа 8. Выводы переменного тока инвертора 5 подключены к выводам переменного тока силового выпрямителя 4.

В электропривод введены два блока 12 и 13 формирования траектории включения ключей транзисторного ин

5

5

0

0

5

0

вертора 2 и два обратных диода 14 и 15. Блок 12 формирования траекто- рии включения составлен из дросселя 16 и последовательно соединенных между собой диода 17 и резистора 18. Точка соединения анода диода 17 и дросселя 16 подключена к одному выводу постоянного тока силового выпрямителя 4 и к аноду обратного диода

14,катод которого соединен с одним выводом дросселя 10. Другой вывод дросселя 10 соединен с общей точкой диода 17 и резистора 18. Точка соединения резистора 18 и дросселя 16 подключена к одному выводу постоянного тока транзисторного инвертора 2. Блок 13 формирования траектории включения ключей транзисторного инвертора 2 составлен из дросселя 19 и последовательно соединенных между собой диода 20 и резистора 21, общая точка которых соединена с одним выводом дросселя 11. Другой вывод дросселя 11 подключен к коллектору транзисторного ключа 8 и к аноду диода

Электропривод также содержит блоки 22 и 23 R-C цепочек, подключенные параллельно транзисторам инвертора il, датчик 24 частоты вращения электродвигателя, блок 25 управления транзисторами инвертора 2, на РХОДЫ которого поступают сигналы задания частоты вращения 0, действительной частоты

1

вращения с датчика 24 и тока нагрузки Ij блоки 26 и 27 соответственно управления тиристорами инвертора 5 и транзисторньми ключами 7 и 8, блок 28 сравнения напряжений конденсатора 9 фильтра и сети, входы которого связаны с зажимами конденсатора 9 фильтра и через вспомогательный выпрямитель 29 с зажимами питающей сети. Входы блока 26 управления торами инвертора 5 связаны с выходом блока 27 управления транзисторными ключами 7 и 8 и с выходом блока 30 формирования зон управления тиристорами инвертора 5, Имеется также блок 31 дифференцирующих цепочек, входы которого связаны с выходом блока 30, а выход - с входом блока 27 управления транзисторными ключами 7 и 8.

Частотно-регулируемый электропривод работает следующим образом.

В исходном состоянии схем конденсатор 9 фильтра заряжён до амплитудного значения напряжения сети, задающее напряжение Uj равно нулю и все транзисторные ключи инвертора 2. закрыты, тока в обмотках электродвигателя нет. и он находится в неподвижном состоянии. При равенстве напряжений сети и конденсатора 9, т.е. при равенстве разности мгновенных значений противоЭДС сети и напряжения конденсатора 9 нулю, на выходе блока 28 сравнения напряжений имеем .нулевой сигнал, который запрещает выдачу блоком 27 открывающего сигнала на транзисторные ключи 7, 8 и разрешающего сигнала на вход блока 26 для открытия соответствующих тиристоров инвертора 5. Последние за- крыты и ток IP рекуперадаи отсутствует несмотря на то, что в некоторые моменты времени напряжение на зажимах конденсатора 9 превышает мгновенное значение напряжения сети.

При подаче сигнала Uj на выходе блока 25 управления транзисторами инвертора 2 появляются управляющие сигналы, которые открывают соответствующие транзисторы и к фазам электродвигателя прикладывается напряжение Uq конденсатора 9 фильтра. Ток электродвигателя начинает возрастать

При превьшюнии. им заданного значения ранее открытые транзисторные ключи инвертора 2 закрываются и энергия, запасенная в индуктивностях рассеяния электродвигателя начинает

перекачиваться в конденсатор 9, Док в этом случае перетекает через обратный диодный мост 3, дроссели и резисторы блоков 12 и 13, подзаряжая конденсатор 9.

При снижении тока Фаз ниже заданного уровня происходит повторное открытие соответствующего транзисторного ключа инвертора 2 и повторное нарастание тока. В таком режиме ши- ротно-импульсной модуляции транзисторные ключи инвертора 2 продолжают

работать и в дальнейшем, обрабатывая заданное блоком 25 значение тока фаз двигателя.

Поскольку время открывания и закрывания транзистора имеет конечную

величину (несколько микросекунд),

то в процессе переключения имеет место явление, когда напряжение на переходе эмиттер-коллектор возрастает при токе, равном нулю. Поэтому при

переключении: режимов работы транзисторов, если не принять соответствующие меры, вьщеляется большая Мощность, транзистор разогревается и может вьйти из строя.

Для улучшения режима работы транзисторов в процессе закрывания их эмиттер-коллекторы зашунтированы R-C цепочками 22 и 23, которые в первый момент перехватывают ток нагрузки .и закрьгеание транзисторов происходит при малом напряжении. При этом, выделяемая в транзисторе мощность снижается. I

Для улучшения режима работы тран-

зистора в процессе его открывания используются дроссели 16 и 19, которые принимают часть напряжения на себя и ограничивают темп нарастания тока транзистора, позволяя ему открыться при малом его значении, снижая тем самым выделяемую в нем в этом режиме мощность.

Таким образом, блок 25 управления транзисторами наряду с регулированием величины тока должен обеспечить необходимые выдержки времени для разряда конденсаторов R-C цепочек после открытия транзисторов инвертора 2 и разряда (полного или частичного) индуктивностей дросселей 16 и 19 после закрытия транзисторов (всех или некоторых).

При каждом переключении транзисторов инвертора 2 часть энергии, зп

пасенной в индуктивностях рассеивания электродвигателя, возвращается в конденсатор 9 фильтра, несколько увеличивая его напряжение.

Однако, в двигательном режиме, потребляемая мощность от конденсатора превышает возвращаемую и увеличения на его зажимах сверх напряжения сети не происходит.

При тормозном режиме электродвигателя возвращаемая в конденсатор мощность превьшает мощность, потребляемую от него (на создание тока намагт ничивания) и через некоторое время после начала торможения напряжение на конденсаторе 9 превышает напряжение сети на заданную допустимую величину. После этого на выходе блока 28 сравнения напряжений появляется сигнал, который через блок 27 открывает транзисторные ключи 7 и 8 и через блоки 27 и 26 открывает два тиристора инвертора 5 (с наибольшим встречным напряжением сети) ,создавая контур разряда конденсатора 9 на i питшщую сеть, которьй включает в себя дроссели 10, 11, 16, 19, резисторы 18 и 2t.

Ограничение тока рекуперации от постоянной составляющей разности на- пряже1ний конденсатора и сети производится активными сопротивлениями контура (активные сопротивления обмоток дросселей Ю, 11, 16 и 19 и резисторов 18, 21), а амплитуда переменной составляющей - индуктивностью указанных дросселей. Коммутация тока тиристоров инвертора 5 в процессе

20

денсаторе 9 превьшает напряжение сети.

Дроссели для ограничения пульса- g ций тока рекуператора включены в цепь тормозного тока, действующее значение которого за период повторяемости в несколько раз меньше действующего значения тока, потребляемо- 10 го электроприводом в двигательном режиме. Поэтому масса и габариты дросселей также в несколько раз меньше по сравнению с вариантом из включения в цепь связи сети с зажимами 15 переменного тока силового выпрямителя и инвертора рекуперации, I

Индуктивность дросселей, а значит и их габариты для ограничения пульсаций тока рекуперации также могут быть уменьшены на величину индуктивности дросселей блока формирования траекторий включения тиристоров инвертора, поскольку их индуктивность входит в контур разряда конденсато- ра фильтра в режиме рекуперации.

Если активные сопротивления обмоток дросселей для ограничения пульсаций тока рекуперации близки к требуемым для ограничения тока рекуперации от постоянной составляющей разности напряжения сети и конденсатора фильтра, то разрядные резисторы 18 и 21 можно исключить из контура протекания тока рекуперации, поме- 35 няв местами диоды и резисторы разрядных цепочек дросселей 16 и 19.

Таким образом, данный частотно-регулируемый электропривод имеет меньшую массу и габариты дросселей для

25

30

рекуперации тока осуществляется тран- ограничения пульсаций тока рекуперааисторными ключами 7 и 8, которые кратковременно закрываются по сигналам с вихода блока 31 дифференцирующих цепочек, появляющимся при каж- дои смене сигналов на выходе блока 30 формирования зон управления тиристорами инвертора 5.

Если закрытие транзисторных ключей 7 и В происходит при наличии тока в дросселях 10 и 11, то в работу вступают диоды 14 и 15, пропуская через себя ток дросселей и исключая тем самым обрыв в цепи тока и возникновения перенапряжений.

При наличии тока рекуперации через транзисторные ключа 7 и 8. и тиристоры инвертора 5 диоды 1А и 15 закрыты, так как напряжение на кон45

50

55

ции, а также повышенную надежность за счет формирования траектории включения транзисторных ключей инвертора.

Формула изобретения

Частотно-регулируемый электропривод, содержащий электродвигатель переменного Тока, транзисторньй мостовой инвертор, выводами переменного тока соединенный с фазными вьтодами электродвигателя, обратный диодный мост, выводами постоянного и переменного тока соединенный с выводами постоянного и переменного тока указанного инвертора соответственно, мостовой силовой выпрямитель с выводами переменного тока для подключения к сети.

денсаторе 9 превьшает напряжение сети.

Дроссели для ограничения пульса- ций тока рекуператора включены в цепь тормозного тока, действующее значение которого за период повторяемости в несколько раз меньше действующего значения тока, потребляемо- го электроприводом в двигательном режиме. Поэтому масса и габариты дросселей также в несколько раз меньше по сравнению с вариантом из включения в цепь связи сети с зажимами переменного тока силового выпрямителя и инвертора рекуперации, I

Индуктивность дросселей, а значит и их габариты для ограничения пульсаций тока рекуперации также могут быть уменьшены на величину индуктивности дросселей блока формирования траекторий включения тиристоров инвертора, поскольку их индуктивность входит в контур разряда конденсато- ра фильтра в режиме рекуперации.

Если активные сопротивления обмоток дросселей для ограничения пульсаций тока рекуперации близки к требуемым для ограничения тока рекуперации от постоянной составляющей разности напряжения сети и конденсатора фильтра, то разрядные резисторы 18 и 21 можно исключить из контура протекания тока рекуперации, поме- няв местами диоды и резисторы разрядных цепочек дросселей 16 и 19.

Таким образом, данный частотно-регулируемый электропривод имеет меньшую массу и габариты дросселей для

5

0

5

ции, а также повышенную надежность за счет формирования траектории включения транзисторных ключей инвертора.

Формула изобретения

Частотно-регулируемый электропривод, содержащий электродвигатель переменного Тока, транзисторньй мостовой инвертор, выводами переменного тока соединенный с фазными вьтодами электродвигателя, обратный диодный мост, выводами постоянного и переменного тока соединенный с выводами постоянного и переменного тока указанного инвертора соответственно, мостовой силовой выпрямитель с выводами переменного тока для подключения к сети.

, 1

инвертор рекуперации тока с двумя транзисторными ключами, один силовой вывод каждого из которых соединен с соответствующим вьгаодом постоянного тока инвертора рекуперации тока, выводы переменного тока которого соединены с выводами переменного тока силового выпрямителя, к выводам постоянного тока которого подключен конденсатор, и дроссель для ограни чения пульсаций тока рекуперации, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, введены два обратных диода и два блока формирования траектории включения ключей транзисторного инвертора, каждый из которых составлен из дросселя и последовательно соединенных меязду Собой диода

033228

и резистора, подключенных параллельно дросселю, а точки соединения диода и резистора с дросселем снабжены

выводами для подключения к вьшодам постоянного тока силового вьшрямите- ля и транзисторного инвертора соответственно, каждьй диод одним силовым выводом подключен к соответствую10 щему выводу постоянного тока силово- . го выпрямителя, а вторым силовым выводом - к второму силовому выводу транзисторного ключа инвертора рекуперации тока и к соответствующему вы15 воду Т росселя для ограничения пульсации тока рекуперации, второй вывод которого соединен с общей точкой диода и резистора блока формирования траектории включения транзисторного . инвертора.