Электропривод переменного тока Советский патент 1991 года по МПК H02P7/42 H02P3/22 

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в электроприводах с асинхронным электродвигателем, питаемым от транзитного инвертора С ши- ротно-импульсным принципом изменения частоты, в тех случаях, когда двигатель при торможении переходит в генераторный режим, и является усовершенствованием изобретения по авт.св. № 1443074.

Цель изобретения - повышение надежности работы при торможении с максимальной частоты вращения до полной остановки.

На чертеже приведена схема электропривода переменного тока.

Электропривод переменного тока содержит силовые транзисторные ключи 1.1- 1.6, образующие транзисторный инвертор 2, силовым входом связанный с выходом выпрямителя 3t, который связан с генератором 4, трехфазный асинхронный электродвигатель 5, обмотка статора которого подключена к выходу транзисторного инвертора 2, силовые транзисторные ключи 1.1 - 1.6 которого через соответствующие электронные ключи 6.1 - 6.6 связаны с выходами блока 7 управления инвертором.

В цепь выпрямленного тока включен датчик 8 тока, выход генератора 9 прямоугольных импульсов соединен с одним входом первого узла 10 гальванической развязки, другой вход которого соединен с выходом датчика 8 тока, а выход узла 10 - с входом первого прецизионного выпрямителя 11, выход которого соединен через первый сглаживающий фильтр 12 с первым входом первого компаратора 13, выход которого соединен с каждым из управляющих входов электронных ключей 6.1 - 6.6.

Задатчик 14 уровня ограничения тока соединен с вторым входом первого компаратора 13, выход которого через второй сглаживающий фильтр 15 соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входами нуль-органа 16 и интегратора 17 со сбросом.

Выход задатчика 14 уровня ограничения тока соединен с входом первого сумматора 18, второй вход которого соединен с задатчиком 19 времени срабатывания, выход которого соединен с первым входом второго компаратора 20, второй вход которого соединен с выходом интегратора 17 со сбросом, вход сброса которого соединен с выходом нуль-органа 16.

Выход компаратора 20 соединен с управляющим входом трехфазного размыкателя 21, через который вход выпрямителя 3 связан с выходом генератора 4. На выходе выпрямителя 3 подключен датчик 22 нарряжения, выход которого через дифференциальный усилитель 23 соединен о первым входом третьего компаратора 24, второй вход которого соединен с выходом задатчика 25 напряжения, а выход подключен к управляющему входу транзисторного ключа 26 рекуперации. На выходе выпрямителя 3 параллельно датчику 22 напряжения включены последовательно соединенные между

0 собой второй датчик 22 тока, транзисторный ключ 26 рекуперации и резистор 28 рекуперации.

Генератор 9 прямоугольных импульсов соединен с одним входом второго узла 29

5 гальванической развязки, другой вход которого соединен с выходом второго датчика 27 тока, а выход - с входом прецизионного выпрямителя 30, выход которого через третий сглаживающий фильтр 31 соединен с

0 вторым входом второго сумматора 32.

Электропривод переменного тока функционирует следующим образом.

При нормальной работе системы: транзисторный инвертор 2 - выпрямитель 3 5 генератор 4 ток от генератора 4 течет через трехфазный размыкатель 21, выпрямитель 3, первый датчик 8 тока, нижние силовые транзисторные ключи 1.2, 1.4 или 1.6 транзисторного инвертора 2, трехфазный асинх0 ронный электродвигатель 5 и верхние силовые транзисторные ключи 1.1, 1.3 или 1.5 транзисторного инвертора 2.

Напряжение, пропорциональное току электродвигателя 5, протекающего через

5 транзисторный инвертор 2, снимается с первого датчика 8 тока и через первый узел 10 гальванической развязки, первый прецизионный выпрямитель 11 и первый сглаживающий фильтр 12 подается на первый

0 компаратор 13с регулируемым задатчиком 14 уровня ограничения тока порогом срабатывания.

Узел 10 гальванической развязки необходим для развязки высокого потенциала на

5 шинах выпрямителя от низкого потенциала управляющей части транзисторного инвертора 2. Напряжение с первого датчика Втока модулирует высокочастотное напряжение с

0 выхода генератора 9 прямоугольных импульсов, частота которого составляет, например, 100000 Гц.

На выходе первого узла 10 гальваниче- ской развязки получается двухполярный мо5 дулированный сигнал, амплитуда которого пропорциональна напряжению, снимаемому с первого датчика 8 тока.

После выпрямления первым прецизионным выпрямителем 11 и сглаживания первым сглаживающим фильтром 12 одно- полярный сигнал, пропорциональный величине тока электродвигателя, поступает на первый вход первого компаратора 13. С первого компаратора 13 релейный сигнал поступает на управляющие входы электронных ключей 6.1 - 6.6, которые управляют прохождением сигнала от схемы 7 управления инвертором на силовые транзистор- ные ключи 1.1 - 1.6 транзисторного инвертора 2.

При нагрузке двигателя на валу возникает выброс тока, измеряемый первым датчиком 8 тока. При этом напряжение на первом входе первого компаратора 13 превышает порог срабатывания, задаваемый задатчиком 14 уровня ограничения тока, настроенным на допустимую величину, меньшую аварийного тока, первый компаратор 13 срабатывает и выдаетсигнал закрытия на электронные ключи 6.1 - 6.6, которые снимают управляющий сигнал с силовых транзисторных ключей 1,1 - 1.6 транзисторного инвертора 2. Ток резко уменьшается и первый компаратор 13 возвращается в исходное состояние, снимая при этом сигнал закрытия с электронных ключей 6.1 - 6.6. В результате этого в замкнутом контуре, образованном первым датчиком 8 тока, силовыми транзисторными ключами 1.1 - 1.6, выпрямителем 3, трехфазным размыкателем 21 и генератором 4, происходит автоколебательный процесс с высокой частотой, например 3000 Гц, ограничения тока транзисторного инвертора 2 на уровне, заданном задатчиком 14 уровня ограничения тока.

Продолжительное (более 3 - 5 с) протекание через силовые транзисторные ключи 1.1 - 1.6 транзисторного инвертора 2 ограниченного тока, имеющего обычно величину 0,7 - 0,9 от максимально допустимой величины тока транзисторного инвертора 2, с частотой коммутации, равной частоте автоколебаний в контуре ограничения тока, например 3000 Гц, может привести к разогреву силовых транзисторных ключей 1.1 - 1.6 и к их тепловому пробою.

Для ограничения длительности работы устройства токоограничения на уровне 3-5 с при аварийных ситуациях электропривод переменного тока содержит контур интегральной защиты, т.е. ограничения времени работы устройства токоограничения с последующим отключением (например, через 3 -5 с) транзисторного инвертора 2 от генератора 4, состоящий из второго сглаживающего фильтра 15, второго сумматора 32, нуль-органа 16, интегратора 17 со сбросом, первого сумматора 18, второго компаратора 20, задатчика 19 времени срабатывания и трехфазного размыкателя 21.

При аварийной ситуаций в работе электродвигателя 5 релейный сигнал с первого компаратора 13 с частотой, например 3000 Гц сглаживается вторым сглаживающим

фильтром 15 и через второй сумматор 32 поступает на вход нуль-органа 16 и на вход интегратора 17. В отсутствии сигнала на выходе второго сглаживающего фильтра 15 и соответственно на выходе второго суммато0 ра 32 нуль-орган 16 выдает сигнал на вход Сброс интегратора 17, в результате чего интегрирующая емкость эашунтирована низким омическим сопротивлением и напряжение на выходе интегратора 17 отсут5 ствует. При появлении напряжения на выходе второго сглаживающего фильтра 15 и соответственно на выходе второго сумматора 32 нуль-орган 16 снимает сигнал Сброс с интегратора 17, который начинает

0 интегрировать входное напряжение с заданной постоянной времени. Напряжение с выхода интегратора 17 поступает на первый вход второго компаратора 20, на второй вход которого поступает напряжение с вы5 хода первого сумматора 18, которое опреде- ляет порог срабатывания второго компаратора 20, т.е. время срабатывания устройства ограничения времени работы устройства токоограничения

0Напряжение, формируемое первым

сумматором 18, зависит от начальной уставки времени, задаваемой задатчиком 19 времени срабатывания, а также от величины уровня ограничения тока.

5Начальная уставка времени срабатывания устройства выставляется задатчиком 19 времени срабатывания, например 3 - 5 с, при уровне ограничения тока, задаваемом задатчиком 14 уровня ограничения тока,

0 равном 0,7 от максимально допустимого тока для силовых транзисторных ключей 1.1 - 1.6 транзисторного инвертора 2. При увеличении уровня токоограничения больше 0,7 от максимально допустимого тока для сило5 вых транзисторных ключей 1.1 - 1,6 транзисторного инвертора 2 время работы устройства пропорционально уменьшается, т.е уменьшается порог срабатывания второго компаратора 20.

0 При превышении сигналом с интегратора 17 со сбросом порога срабатывания второго компаратора 20 последний срабатывает и выдает сигнал на управляющий вход трехфазного размыкателя 21, ко5 торый отключаеттранзисторный инвертор2 от генератора 4.

При работе электродвигателя 5 привода переменного тока с большей инерционной нагрузкой кинетическая энергия, запасенная в нагрузке при торможении двигателя,

переходит в емкость фильтра выпрямителя 3 в виде подскока напряжения, так как двигатель переходит в генераторный режим.

Чем больше инерционная нагрузка на валу электродвигателя 5 и чем резче происходит торможение двигателя, вращающего с максимальной скоростью, тем больше происходит увеличение напряжения на емкости фильтра выпрямителя 3.

Резкое увеличение напряжения на шинах выпрямителя 3, а также транзисторного инвертора 2 может привести к пробою по напряжению транзисторов в силовых транзисторных ключах 1.1 - 1.6 транзисторного инвертора 2.

Для ограничения выбросов напряжения при торможении двигателя 5 с инерционной нагрузкой служит контур ограничения напряжения на емкости фильтра выпрямителя 3, состоящий из датчика 22 напряжения, дифференциального усилителя 23, третьего компаратора 24, транзисторного ключа 26 рекуперации и резистора 26 рекуперации.

Датчик 22 напряжения постоянно измеряет напряжение на шинах выпрямителя 3, и часть этого напряжения, пропорционального напряжению на шинах, снимается с него дифференциальным усилителем 23, который одновременно служит гальванической развязкой между высоким потенциалом на шинах выпрямителя 3 и низким потенциалом схемы управления транзисторным ключом 26 рекуперации, включающим в себя третий компаратор 24 и задатчик 25 напряжения.

С выхода дифференциального усилителя 23 напряжение, пропорциональное напряжению на шинах выпрямителя 3, подается на первый вход третьего компаратора 24, на второй вход которого подается напряжение с задатчика 25 напряжения, определяющее порог срабатывания третьего компаратора 24. При незначительном превышении напряжением на шинах выпрямителя 3 номинального (например, до 350 В при номинальном выпрямленном напряжении 310 В) напряжение на выходе дифференциального усилителя 20 меньше порога срабатывания третьего компаратора 24, задаваемого задатчиком 25 напряжения, сигнал на выходе третьего компаратора закрывает транзисторный ключ 26 рекуперации.

При увеличении напряжения на шинах выпрямителя 3, происходящего при переходе двигателя 5 в генераторный режим при торможении, напряжение с выхода дифференциального усилителя 23 превышает порог срабатывания третьего компаратора 24, который, сработав, выдает сигнал на OTKPJ

тие силового транзисторного ключа 26, что создает цепь для разряда емкости-фильтра выпрямителя 3 через резистор 28 рекуперации.

При этом резистор 28 рекуперации является нагрузкой для электродвигателя 5, работающего в генераторном режиме при торможении, что способствует сокращению времени торможения.

0 При уменьшении напряжения с выхода дифференциального усиления усилителя 23, обусловленного быстрым разрядом емкости фильтра выпрямителя 3 большим током через открывшийся ключ 26 рекуперации и

5 резистор 28 рекуперации, ниже порога срабатывания, задаваемого задатчиком 25 напряжения, третий компаратор 24 вернется в исходное состояние и выключит транзи- сторный ключ 26 рекуперации. Если элект0 родвигатель 5 находится еще в генераторном режиме, то напряжение на шинах выпрямителя 3 снова повышается.

Таким образом, в замкнутом контуре, образованном выпрямителем 3, датчиком 22

5 напряжения, дифференциальным усилителем 23, третьим компаратором 24, вторым датчиком 27 тока, транзисторным ключом 26 рекуперации и резистором 28 рекуперации, происходит автоколебательный процесс с

0 высокой частотой, например 2000 Гц, ограничения напряжения на шинах выпрямителя 3 на заданном задатчиком 25 напряжения уровне,

Для ограничения времени работы сис5 темы ограничения напряжения, составляющего в самом неблагоприятном случае (торможение электродвигателя 5 с максимальной скорости при максимальной инерционной нагрузке), например менее 1 с,

0 используется интегральная защита системы ограничения напряжения, состоящая из второго датчика 27 тока, второго узла 29 гальванической развязки, второго прецизионного выпрямителя 31, третьего сглажива5 ющего фильтра 31 и работающая совместно с интегральной защитой транзисторного инвертора 2, состоящей из второго сглаживающего фильтра 15, второй сумматора 32, интегратора 17 со сбросом, нуль-органа 16,

0 второго компаратора 20, первого сумматора 18, задатчика 19 времени срабатывания, задатчика 14 уровня ограничения тока и трехфазного размыкателя 21.

Напряжение, пропорциональное раз5 рядному току, протекающему по цепи второго датчика 27 тока, транзисторного ключа 26 рекуперации и резистора 28 рекуперации, снимается с датчика 27 тока и через второй узел 29 гальванической развязки подается на второй прецизионный выпрямитель 30,

Узел гальванической развязки работает аналогично узлу 10 гальванической развязки и на входе второго прецизионного выпрямителя 30 получается двухполярный модулированный сигнал, амплитуда которо- го пропорциональна разрядному току. После выпрямления данного сигнала вторым прецизионным выпрямителем 30 и сглаживания третьим сглаживающим фильтром 31 он подается на второй вход второго сумма- тора 32, состоящего в цепи интегральной защиты транзисторного инвертора 2. При торможении электродвигателя 5 на второй вход второго сумматора 32 соответственно на вход интегратора 17 со сбросом и нуль- органа 16 подается сигнал с системы ограничения напряжения. При наличии тока через второй датчик 27 тока, который говорит о работе системы ограничения напряжения, нуль-орган 16 снимает сигнал Сброс с интегрирующей емкости интегратора 17 со сбросом, который начинает интегрировать входной сигнал с заданной постоянной времени. При наличии разрядного тока через резистор 28 рекуперации длительно- стью, например более 1,2 - 1,5 с, говорящего о наличии аварийной ситуации в работе системы ограничения напряжения (например, пробой транзистора в транзисторном ключе 26 рекуперации), происхо- дит срабатывание трехфазного размыкателя 21, который отключает выпрямитель 3 от генератора 4.

Таким образом, повышение надежности электропривода переменного тока с трехфазным асинхронным электродвигателем при сильном возрастании напряжения на емкости фильтра выпрямителя происходит за счет релейного автоколебательного процесса ограничения напряжения на за- данном уровне путем разряда емкости

фильтра через активное сопротивление большим током, а с анализом времени протекания разрядного тока через активное разрядное сопротивление с последующим отключением транзисторного инвертора в случае длительного протекания тока разрядки от трехфазного генератора переменного напряжения.

Формула изобретения Электропривод переменного тока по авт.св. fsfe 1443074, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности при торможении с максимальной частоты вращения до полной остановки, введены датчик напряжения, включенный на выходе выпрямителя, дифференциальный усилитель, третий компаратор, задатчик напряжения, последовательно соединенные между собой датчик тока, транзисторный ключ рекуперации и резистор рекуперации, включенные на выходе выпрямителя параллельно датчику напряжения, второй двухвходовый сумматор, по первому входу и выходу включенный между выходом второго Сглаживающего фильтра и входами интегратора и нуль-органа, последовательно соединенные вторые узел гальванической развязки, прецизионный выпрямитель, третий сглаживающий фильтр , выходом соединенный с вторым входом второго сумматора, а входы второго узла гальванической развязки соединены с выходами второго датчика тока и генератора прямоугольных импульсов, первый вход третьего компаратора через дифференциальный усилитель подключен к выходу датчика напряжения, второй вход третьего компаратора соединен с выходом задатчика напряжения, а выход - с управляющим входом транзисторного ключа рекуперации.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с асинхронным электродвигателем, питаемым от транзисторного инвертора с широтно-импульсным принципом изменения частоты в тех случаях, когда двигатель при торможении переходит в генераторный режим. Целью изобретения является повышение надежности при то рможении с максимальной частоты вращения до полной остановки. С этой целью электропривод переменного тока снабжен датчиком 22 напряжения, дифференциальным усилителем 23, компаратором 20, задатчиком 25 напряжения, последовательно соединенными между собой датчиком 27 тока, транзисторным ключом 26 рекуперации и резистором 28 рекуперации, включенными на выходе выпрямителя 3 параллельно датчику 22 напряжения, двухвходовым сумматором 32, по первому входу и выходу включенным между выходом второго сглаживающего фильтра 15 и входами интегратора 17 и нуль-органа 16, последовательно соединенными узлом 29 гальванической развязки, прецизионным выпрямителем 30, сглаживающим фильтром 31. выходом соединенным с вторым входом сумматора 32. Входы узла 29 гальванической развязки соединены с выходами датчика 27 тока и генератора 9 прямоугольных импульсов. Первый вход компаратора 20 через дифференциальный усилитель 23 подключен к выходу датчика 22 напряжения, второй вход компаратора 20 соединен с выходом задатчика 25 напряжения, а выход - с управляющим входом транзисторного ключа 26 рекуперации. 1 ил. О w ON О 00 S3