Способ торможения электрической машины Советский патент 1993 года по МПК H02P3/22 

Ключевые элементы 16 и 17 могут быть выполнены на базе электронных коммутаторов.

Инвертирующий усилитель 18 выполнен по схеме на базе операционного интег- 5 рального усилителя.

Предложенный способ торможения в устройстве для пояснения технического решения работает следующим образом.

В нормальном режиме управление дви- 10 гателем 1 ведется по входу 1 устройства сравнения 8. За счет отрицательной обратной связи и контуре регулирования частоты вращения может создаваться двигательный режим, если сигнал задания на входе 1 уст- 15 ройства сравнения 8 превышает сигнал на другом его входе от датчика 9 частоты вращения, и генераторный режим, если сигнал с выхода датчика 9 частоты вращения превышает сигнал на выходе 1. При равенстве 20 сигналов на входах устройства сравнения 8 в двигателе создается вращающий момент, обеспечивающий соответствие между заданным и фактическим значениями частоты вращения. В аварийной ситуации, возника- 25 ющей, например, из-за отключения питающей сети переменного тока, сигнал задания частоты вращения с входа 1 снимается, на вторые входы элементов И 14 и 15 подается разрешающий сигнал Стоп, по которому 30 на выходе элемента И 15 формируется уп- равляющий сигнал, вызывающий замыкание ключевого элемента 17. На вход 1 устройства сравнения 8 подается нулевой потенциал, эквивалентный заданию нулево- 35 го значения частоты вращения. Т.к. сигнал с выхода датчика частоты вращения по абсолютной величине превышает сигнал на входе 1, в функциональном преобразователе 7 формируется система сигналов, создающих 40 с помощью инвертора 6 в двигателе 1 генераторный режим. Вследствие этого, в силовых цепях инвертора 6 формируется ток, которым осуществляется заряд конденсатора 5, сопровождающийся увеличением на- 45 пряжения на нем. Когда напряжение на конденсаторе 5 достигнет верхнего значения предельно допустимого напряжения, датчик 10 напряжения сформирует выходной сигнал, который превысит уставку ком- 50 паратора 11, последний переключается в состояние, которое устанавливает в триггере 13 разрешающий сигнал для элемента И 14, выходной сигнал юоторого замыкает ключевой элемент 16. В это же время на 55 входе элемента И 15 триггер 13 формирует запрещающий сигнал и ключевой элемент 17 размыкается. Инвертирующим усилителем 18 формируется сигнал, который превышает по абсолютной величине сигнал от

датчика 9 частоты вращения, поэтому устройством сравнения 8, следовательно, и функциональным преобразователем 7 формируется система сигналов, создающих с помощью инвертора 6 в двигателе 1 условия, характерные для двигательного режима. Энергия электрического поля, запасенная в конденсаторе 5, преобразуется в кинетическую, при этом напряжение на конденсаторе 5 уменьшается и, когда оно достигнет величины, соответствующей нижнему значению предельно допустимого напряжения датчик 10 напряжения, сформирует выходной сигнал, который станет меньше уставки компара- тора 12. Последний переключается в состояние, которое устанавливает в триггере 13 разрешающий сигнал для элемента И t5, выходной сигнал которого замыкает ключевой элемент 17. В то же время на выходе элемента И 14 триггер 13 формирует запрещающий сигнал и ключевой элемент 16 размыкается.

На вход 1 устройства сравнения 8 вновь подается нулевой потенциал и, как следствие, вновь в двигателе 1 создается генераторный режим. Процессы перехода двигателя из режима в режим происходят до тех пор, пока последний переход в генераторный режим не приведет к возрастанию напряжения на конденсаторе 5 до уровня верхнего предельного значения. Это состояние будет соответствовать тому, что на вход 1 устройства сравнения 8 будет задан нулевой потенциал (нулевое значение частоты вращения) и сигнал на выходе датчика 9 частоты вращения также примет нулевое значение, т.е. процесс торможения закончится полным остановом.двигателя.

В настоящее время силовая часть, выполненная по структуре звено постоянного тока - полупроводниковый инвертор, также используется для питания двигателей постоянного тока и синхронных (вентильных) двигателей. Поэтому при соответствующем выборе функционального преобразователя 7 предлагаемый способ торможения может быть успешно использован в регулируемом электроприводе постоянного тока и переменного тока с синхронными двигателями.

Устройство сравнения 8, как правило, выполняют в виде ПИ-регулятора с двухпо- лярным ограничением выходного сигнала, Максимальному значению выходного сигнала соответствует максимальное значение момента (выходного тока инвертора), развиваемого двигателем. Динамические показа- тели, необходимые приводу падачи металлорежущего станка, в котором в качестве приводного двигателя используется асинхронный двигатель, обеспечиваются,

если, инвертор развивает в двигательном и генератором режимах удвоенное значение номинального тока.

. В генераторном режиме кинетическая энергия, запасенная во вращающихся массах двигателя и механизма, в процессе преобразования в энергию электрического поля расходуется на потери в механизме, потери в двигателе, потери в интервале и на накопление в конденсаторе 5.

При обратном преобразовании энергии в двигательном режиме к названным потерям добавляются еще потери, зависящие от ускорения, и от повышения частоты вращения (например, вентиляторные). Поэтому двигательный режим по длительности всегда меньше длительности генераторного режима работы двигателя, что эквивалентно в среднем преобладанию процесса торможения со средним значением момента, превышающим номинальную величину.

Предлагаемый способ торможения двигателя, питаемого от преобразователя частоты со звеном постоянного тока, в состав которого входит конденсатор, при отказах инвертора, ведомого сетью в процессах рекуперации или отключениях сети, когда невозможно использовать инвертор, ведомый сетью, или отказах преобразователей энергии электрического поля в тепловую, обеспечивает останов двигателя с большим значением тормозного момента, чем известные аналоги и прототип..

Положительный эффект достигается за счет того,, что снимаются ограничения по значениям максимальных частот вращения и приведенных значений моментов инерции, при которых обеспечивается гарантированное торможение до полного останова механизмов в аварийных ситуациях при от- ключакж их питающей сети или отказах устройств рекуперации энергии в-сеть или отказах устройств, обеспечивающих рассеивание энергии при торможении привода, Эти свойства повышают безопасность работы обслуживающего персонала и снижают вероятность поломок механизмов, а также в некоторых областях применения позволяют упростить электропривод за счет исключения устройств для рекуперации энергии в сеть или отказаться от использования специальных устройств, обеспечивающих рассеяние энергии при торможении.

При отсутствии возможности преобразовать кинетическую энергию маховых масс в электрическую и передать ее в сеть единственным способом эффективного торможения (за минимальное время) является

поддержание мощности потерь в устройстве в целом на максимально возможном уровне. Именно таким образом решается задача сокращения времени торможения.

Это не может привести ни к увеличению массогабаритных показателей, ни к увеличению установленной мощности преобразователя им позволяет лишь оптимально использовать имеющиеся возможности.

Из вышеизложенного и на основании графиков изменения частоты вращения можно сказать, что в заявляемом техническом решении любая частота вращения достигается раньше, чем в известном. Участок

0-1 является начальным условием, одинаковым для обоих решений.

В.предложенном техническом решении при останове в аварийной ситуации частота вращения не измеряется, а команды на достижение максимальной или нулевой частот вращения подаются в функцию величины напряжения на конденсаторе звена постоянного тока.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ торможения электрической машины, питаемой от сети переменного тока через преобразователь частоты со звеном постоянного тока и конденсатором в указанном звене, заключающийся в уменьшении

величины управляющего воздействия на электропривод и перевода его электрической машины в генераторный режим, контроле напряжения преобразователя частоты, сравнении его с максимально допустимым

перенапряжением,отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени останова электрической машины за счет повышения эффективности торможения, контроль напряжения осуществляют на зажимах конденсатора, в случае аварийной ситуации величину управляющего воздействия на электропривод устанавливают равной значению, соответствующему нулевой частоте вращения электрической машины, в момент

превышения величиной контролируемого напряжения максимально допустимого перенапряжения подают команду достижения электрической машиной максимальной час- тоты вращения, переводя электрическую

машину в двигательный режим до момента, при котором напряжение на конденсаторе не станет меньше предварительно заданного минимального значения перенапряжения, после чего подают команду достижения

нулевой частоты вращения электрической машины, переводя ее в генераторный режим, повторяя указанные операции до момента останова электрической машины.

ДВигательмь/й режим

Т5