Устройство для импульсного регулирования частоты вращения электродвигателя и рекуперативного торможения Советский патент 1989 года по МПК H02P3/00 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотно-регулируемому электроприводу переменного тока,

Цель изобретения - повьшеНие надежности работы .устройства путем повьшения стабильности величины превышения напряжения на конденсаторе силового фильтра над уровнем напр жения сети, при котором происходит включение рекуператора тормозной энергии.

На фигИ приведена принципиальная схема устройства для импульсного рег лирования частоты вращения электродвигателя; на фиг,2 - схема проникания токовI на фиг.З - формы выходных сигналов соответствующих элементов схемы фиг,1.

Ниже приняты следуюпще обозначени напряжение питающей сети; напряжение задания частоты вращения электродвигателя; частота вращения электродвигателя;

ток дросселя в процессе рекуперации тормозной энергии в питающую сеть;U4, и,, Ug, и,, и,„ Реформа выходного сигнала соответствующих элементов схемы фиг el

ТТ -. - е

U}

s

Uj,

Устройство для импульсного регулирования частоты вращения электродви- . гателя содержит импульсный преобразователь 1 , выходные зажимь) которого предназначены для подключения к входным зшкимам электродвигателя 2, а входные соединены с зажимами первого кон;денсатора 3, подключенного к выходу силового выпрямителя 4, блок 5 рекуперации электрической энергии торможения в питающую сеть, соединенный закимами .постоянного тока с входом импульсного преобразователя 1, а зажимами переменного тока - с аналогичными зажимами силового и измерительного вьшрямителей 4 и 6, второй конденсатор 7, одна обкладка которого соединена с одним зажимом постоянного тока измерительного выпрямителя, релейньй элемент 8, выход которого соединен с управляющим входом блока 9 управления блоком 5 рекуперации, а один из вхо,- . ДОН соединен с первым зажимом постоянного тока силового выпрямителя 4, два введенных резистора 1C, 11 и диод 12, один зажим которого соединен с второй-обкладкой конденсатора 7 измерительного вьшрямителя 6, а другой зажим - с вторым зажимом постоянного тока измерительного выпря1чителя 6, Парный введенный резистор 10 подключен к выходным зажимам измерительного вьшрямителя 6, а второй резистор 11 между вторым зажимом постоянного тока силового вьтрямителя 4 и точкой соединения второго конденсатора 7 и nepBbLM 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 тиристоркого инвертора 13, ключей 14 и 15, обратных диодов 6 и 17, сглаживающих дросселей 18 и 19.

Блок 9 управления блоком 5 рекуперации содержит блок транзисторных оптронных ключей 20, входные диодные цепи которых образуют трёхфазный мостовой вьшрямитепь 21, зажимы переменного тока которого соединены с зажимами силового вьшрямителя 4 бло

22формирования импульсов управления ключами 14 и 15 инвертора 5 по фрон- так выходных сигналов оптронных ключей 20, выполненный, например, на базе дифференцирующих цепочек, схему

23совпадения, входные зажимы которой связаны с выходом блока 22 и выходом, релейного элемента 8,,блок 24 инвертирующих логических элементов и шесть логических сх м совпадения 25- 30, предназначенных дня управления тиристорами инвертора 13 блока 5 рекуперации электрической энергии торможения в питающую сеть.

. Блок 24 инвертирующих ло -ических элементов содержит 6 логических схем НЕ, которые включены в цепь связи выг

0

иые ключи инвертора закрыты, ток в обмотках двигателя отсутствует и он находится в неподвижном состоянии.

При равенстве н 1пряжений на зажимах конденсаторов 3 и 7 на входе релейного элемента 8 нулевой сигнал, который вызывает появление на выходе логической схемы 23 также 1гулевого i. сигнала, запрещая тем самым йключение ключ ей 5 и 14.

.До амплитудного значения напряшекяя сети конденсатор 7 заряжается через диод 12 и lиoды измеритш ьного выпря мителя б. После этого диод 12 закрывается положительным потешщапом конденсатора 7, прикладьш аекыг.1 к другому аажиму диода через цепь резистора 10, и ток через него не протекает, Частичный разряд конденсатора 7 происходит через открытые диоды анодных групп вы прямитепей 4 и 6 и резистор 11 с по- стоянной времени .разряда Т Су ,

выбираемой из условий допустимого 5 уровня изменения уставки срабатывания релейного элемента 8 (например, 5- 10 в). При выборе соотношений между резисторами 10 и 11 должно выполиять ся условие, чтобы ток через резистор О при ми1шм,зльном значени:к напряже нкя сети был равен или превышал ток разряда конденсатора 7 через резистор П. В противном случае диод 12 может быть открыт, а диоды анодной группы измерительного вьтрямителя 6 закрыты и конденсатор 7 не может и ке будет выполнять свою роль фх-шьтра разности напряжений на входе релейного элемен- - та (при отсутствии диода 12 пульсация

0

0

5

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

ходных зажимов блока 20 транзисторных напряжения между положителыатм потен

оптронных ключей с соответствующими входами зажимами логических схем совг падения 25-30.

Имеется также блок 31 управления ключами импульсного преобразователя 1,на вход которого подаются сигналы, пропорциональные заданию частоты вращения электродвигателя Uj (фиг.З), действительной частоты вращения элек45

циалом конденсатора 3 и общей точкой релейного элемента с конденсатором 7 и диодом 12 бз/дет соответствовать пульсации на выходе трехфазного вьтря мителя без фильтра). Поскольку диоды анодных групп выпрямителей 4 и 6 открыты, то положительные потенциалы на зажимах кон,ценсаторов 3 и 7 относительно общей точки cxeMbi равны, напря

тродригателя о а и действительному жение на резисторе Р равно напрятоку фаз электродвигателя.

Устройство для импульсного регулирования частоты вращения электродвигателя работает следующим образом,

В исходном состоянии схемы подано напряжение питающей, сети и кондеиса : торы 3 и 7 фильтров заряжены до его амплитудного значения, задающее напряжение Uj равно нулю и все транзистор55

жению на конденсаторе 7, а разность потенциалов между минусовыми зажима ми конденсаторов 3 и 7 (вход релейно го элемента 8) будет определяться уровнем пульсации на конденсаторе 7

Развертка схемы фиг.1 для цепи протекания зарядных и разрядных токо конденсаторов 3 и 7 представлена на фиг,2, При этом сплошными стрелка

напряжения между положителыатм потен

циалом конденсатора 3 и общей точкой релейного элемента с конденсатором 7 и диодом 12 бз/дет соответствовать пульсации на выходе трехфазного вьтрямителя без фильтра). Поскольку диоды анодных групп выпрямителей 4 и 6 открыты, то положительные потенциалы на зажимах кон,ценсаторов 3 и 7 относительно общей точки cxeMbi равны, напря

жению на конденсаторе 7, а разность потенциалов между минусовыми зажимами конденсаторов 3 и 7 (вход релейного элемента 8) будет определяться уровнем пульсации на конденсаторе 7.

Развертка схемы фиг.1 для цепи протекания зарядных и разрядных токов конденсаторов 3 и 7 представлена на фиг,2, При этом сплошными стрелка

ми показано направление протекания toKa в двигательном режиме работы : лектропривода, а пунктирными - в формозном режиме. При наличии,напря- т сения сети по входным цепям двух оп- tpOHHbix транзисторных ключей 20 (трех- Оазиый мостовой выпрямитель 21) про- бкает ток, два транзисторных ключа открываются и иа входы двух инверти ующих логических схем блока 24 по- тупают логические нули, а на их вы- одах появляются логические единицы, которые подаются на входы соответствующих схем совпадения, например , 29. Но поскольку на вторых их иходах присутствуют логические нули с лыхода логической схемы совпадения 13, то на выходах всех логических (;хем совпадения 25-30 присутствуют логичес1 ие нули, соответствующие закрытым состояниям тиристоров 13 инвертора рекуперации.

I Таким образом, в исходном состоя- 1-ши схемы ключи 14 и 15 отключены, управляющих электродах тиристоров инвертора 13 сигналы отсутствуют и Тиристоры закрыты.

Ток по входным цепям оптроиных . 1 лючей 20,включенных по схеме трех- азного мостового выпрямителя, будет 1:ротекать на протяжении 120 эл.град. ;астоты промышленной сети, совпадая г;ередними фронтами с углами управления тиристорами инвертора 13, соответствующими опережению их открывания ( О

; При подаче сигнала Uj на выходе 4лока 31 управления ключами импульс- ijtoro преобразователя появляются Управляющие сигналы, которые открыва- н)т соответствующие ключи,.и к фазам Двигателя прикладывается напряжение Конденсатора 3 фильтра, ток двигате- начинает нарастать. При превыше- йии их заданного значения ранее открытые транзисторные ключи инвертора 1 закрываются и энергия, запасенная И индуктивностях рассеяния двигателя, «ачинает перекачиваться через об- ратные диоды ключей в конденсатор 3, г(одзаряжая его. При снижении тока фаз ниже заданного уровня происходит rtoBTopHoe открытие соответствующего

14553806

батывая заданное значение тока фаз двигатепя.

Как сшедует из вышеизложенного, при каждом переключении транзисторов, инвертора часть энергии, запасенной в индуктивностях рассеяния двигателя, возвращается в конденсатор фильтра., несколько увеличивая его напряжение.

0 Однако в двигательном режиме пот требляемая мощность от конденсатора превышает возвращаемую и увеличения напряжения на его зажимах сверхнапряжения сети не происходит.

15 При тормозном режиме двигателя воз- вращаемгш в конденсатор мощность превышает мощность, потребляемую от него (на создание тока намагничивания), и через некоторое время после начала

20 торможения напряжение на конденсаторе 3 превышает напряжение сети на заданную величину, определяемую установкой срабатывания релейного элемента 8. Последний переключается, на его

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

30 единица,, которая поступает на вход ключей 14 и 15, включая их, и на входы схем совпадения 25-30, разрешая прохождение через них сигнала с оп- тронных ключей 20 на открытие двух

2g соответствующих тиристоров инвертора

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

40 Ограничение тока рекуперации от постоянной составляющей разности напряжений конденсатора и сети производится ад;тивными сопротивлениями контура (активные сопротивления обмоток

45 дроессел:ей 18 и 19), а амплитуда .переменной составляющей - индуктивностью Еьшгеуказанных дросселей. Коммутация тока тиристоров инвертора 13 в процессе рекуперации тока осущестgQ вляется транзисторными ключами 14 и 15, которые кратковременно закрываются по сигналам с выхода блока 22 формирования импульсов управления ключами 14 и 15 по фронтам сигналов с бло1Гранзисторного ключа инвертора и пов-gg ка 20 оптронных ключей, появляющихся i opHoe нарастание тока. В таком ре- при каждой смене сигналов на входе яИме широтно-импульсной , модуляции блока 20. Если закрытие ключей 14 и 1 ранзисторные ключи инвертора продолл 15 происходит при наличии тока в

Лают работать и в дальнейшем, отрасоответствующих тиристоров инвертора

13 (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 ад;тивными сопротивлениями контура (активные сопротивления обмоток

дроессел:ей 18 и 19), а амплитуда переменной составляющей - индуктивностью Еьшгеуказанных дросселей. Коммутация тока тиристоров инвертора 13 в процессе рекуперации тока осуществляется транзисторными ключами 14 и 15, которые кратковременно закрываются по сигналам с выхода блока 22 форирования импульсов управления ключаи 14 и 15 по фронтам сигналов с блодросселях 18 и 19, то в работу всту1455380

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 тиристоры инвертора 13 диоды 16 и 17 закрыты, так как напряжение на конден- саторе 4 превышает напряжение сети.

При работе рекуператора электричес-|о ления перенапряжений на ключах им- кой энергии торможения ток рекупера- пульсного преобразователя I и повысив ции, как отмечено вьше, протекает че- рей обмотки сглаживающих дроссели 18 и 19, создавая на их активных сопрот тивлениях падение напряжения, суммар-15 ное значение которого равно превьше- .нию напряжения на конденсаторе 3 ( UJ) над уровнем напряжения сети. При этом диоды анодной и катодной

групп силового вьшрямителя 4 закрыва- 20 выходные зажимы которого предназначе ются, а потенциалы плюсового и минусо-. ны для подключения к входным зажимам вого зажимов конденсатора 3 относи электродвигателя, а входные соедине- тельно аналогичных зажимов конденсато- , ны с выводами первого конденсатора, ра 7 будут соответственно равны uU3/2, подключенного к выходу силового вы- т.е. входной сигнал релейного злемен- 25 прямителя, блок рекуперации электри- та после его срабатывания уменьшает- ческой энергии торможения в питающую ся в два р,за. Отстраиваться от ложного отключения релейного элемента 8 в данном режиме следует выбором соответлового вьтрямителя над амплитудой питающей сети, при которой переключается релейный элемент 8, в различных режимах его работы не изменяется, что позволяет фиксировать достаточно малые значения превьш1ения напряжения на конденсаторе 4 фильтра силового выпрямителя, снизив вероятность появтем самым надежность работы устройства в целом. Формула изобретения

Устройство лдя импульсного регулирования частоты вращения электродвиг - гателя и рекуперативного торможения, содержащее импульсный преобразователь.

сеть, соединенный зажимами постоянноствующего коэффициента его возврата, например, отключение релейного элем мента должно происх -щть при снижении входного сигнала до 1/3-1/4 уровня его срабатывания.

Входной ток релейного элемента 9 в режиме рекуперации протвв. ет, минуя конденсатор 7, от плюсового зажима конденсатора через резистор I1, внутреннее сопротивление релейного элемента 8

го тока с входом импульсного преобразователя, а зажимами переменного то30 ка с аналогичными зажимами силового и измерительного вьтрямителей,, второй конденсатор, одной обкладкой сое- диненньй с одним зажимом постоянного тока измерительного выпрямителя, ре- лейный элемент, выход которого соеди- иен с управляющим входом блока управ- ления блоком рекупершщи, а один из входов соединен с одним зажимом постоянного тока силового вьтрямителя.

к минусовому зажиму конденсатора отличающееся тем, что, 3, уменьшая на его величину ток раз- с целью повышения надежности, введены ряда 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 ие может быть больше его амгшитудного значения. После прекращения тока рекуперации

45

входной сигнал релейного элемента В сразу же приобретает истинное зна- чение.

..Таким образом, в предлагаемом устройстве установка превьшгения напряжения на конденсаторе фильтра си50

55

два резистора и диод, один зажим которого соединен с второй обкладкой второй конденсатора, а другой зажим с вторым зажимом постоянного тока измерительного вьтрямителя, первьй резистор подключен к выходным зажимам измерительного выпрямителя, а второй - между вторым зажимом постоянного тока силового выпрямителя и точкой соег, динения конденсатора фильтра и первым из указанных зажимов диода, второй вход релейного элемента подключен к точке соединения конденсатора фильтра и другого зажима диода.

1455380

ления перенапряжений на ключах им- пульсного преобразователя I и повысив

лового вьтрямителя над амплитудой питающей сети, при которой переключается релейный элемент 8, в различных режимах его работы не изменяется, что позволяет фиксировать достаточно малые значения превьш1ения напряжения на конденсаторе 4 фильтра силового выпрямителя, снизив вероятность появления перенапряжений на ключах им- пульсного преобразователя I и повысив

выходные зажимы которого предназначе ны для подключения к входным зажимам электродвигателя, а входные соедине- ны с выводами первого конденсатора, подключенного к выходу силового вы- прямителя, блок рекуперации электри- еской энергии торможения в питающую

тем самым надежность работы устройства в целом. Формула изобретения

Устройство лдя импульсного регулирования частоты вращения электродвиг - гателя и рекуперативного торможения, содержащее импульсный преобразователь.

выходные зажимы которого предназначе ны для подключения к входным зажимам электродвигателя, а входные соедине- , ны с выводами первого конденсатора, подключенного к выходу силового вы- прямителя, блок рекуперации электри- ческой энергии торможения в питающую

сеть, соединенный зажимами постоянного тока с входом импульсного преобразователя, а зажимами переменного тока с аналогичными зажимами силового и измерительного вьтрямителей,, второй конденсатор, одной обкладкой сое- диненньй с одним зажимом постоянного тока измерительного выпрямителя, ре- лейный элемент, выход которого соеди- иен с управляющим входом блока управ- ления блоком рекупершщи, а один из входов соединен с одним зажимом постоянного тока силового вьтрямителя.

отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, введены

отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, введены

45

0

5

два резистора и диод, один зажим которого соединен с второй обкладкой второй конденсатора, а другой зажим с вторым зажимом постоянного тока измерительного вьтрямителя, первьй резистор подключен к выходным зажимам измерительного выпрямителя, а второй - между вторым зажимом постоянного тока силового выпрямителя и точкой соег, динения конденсатора фильтра и первым из указанных зажимов диода, второй вход релейного элемента подключен к точке соединения конденсатора фильтра и другого зажима диода.

as

tfV

и,

- iiAi- -i

M «w

Чнл и

a

«

Редактор Н.Киштулинец

t-tf-ir-ir-if-ir-ir

j:

i:tb«.J

Составитель В.Тарасов

Техредз И.Дидык Корректор М.Демчик

t-tf-ir-ir-if-ir-ir

i:tb«.J