RU1782332C - Устройство дл автоматического управлени асинхронным электродвигателем в режиме рекуперативного торможени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области электротехники , в частности, к регулируемым электроприводам переменного тока.

Известно устройство дл  управлени  электродвигателем, содержащее звено посто нного тока, на выходе которого включен конденсатор, к выводам которого подключены входы ведомого сетью инвертора и автономного инвертора с блоком управлени , выходы которых предназначены дл  подключени  соответственно к питающей сети через трансформатор и электродвигателю, датчик напр жени  на конденсаторе выходом подключенный ко еходу компаратора, сумматор, входы которого подключены к соответствующим выходам задатчика и датчика частоты вращени  ротора, а выход сумматора соединен со входом блока управ лени .

Недостаток известного устройства дл  упраплени электродвигателем заключаетс  в том-, что оно не обеспечивает управление торможением электродвигател  при отключении питающей сети переменного тока, т.к. нет условий дл  функционировани  инвертора ведомого сетью, с помощью которого в режиме рекуперативного торможени  запасенна  кинетическа  энерги  возвращаетс  в питающую сеть.

Известна система регулировани  асинхронного двигател , содержаща  Збёно посто нного тока, на выходе которого включен конденсатор, к выводам которого подключен вход автономного инвертора с блоком управлени , выходы которого предназначены дл  подключени  к электродвигателю, датчик напр жени  на конденсаторе, выходом подключенного ко входу компаратора, сумматор, входы которого подключены к соответствующим выходам задатчика и датчика частоты вращени  ротора, входы ведомого сетью инвертора через ключи подключены к конденсатору, а выходы к питающей сети, ко входам блока управлени  подключены выход сумматора и первого компаратора.

Недостаток этой системы дл  регулировани  асинхронного двигател  заключаетс  в том, что она не обеспечивает управление торможением асинхронного двигател  при

отключении питающей сети переменного тока.

Наиболее близким по технической сущности и выбранным в качестве прототипа  вл етс  устройство дл  автоматического

управлени  асинхронным двигателем в режиме рекуперативного торможени , содержащее звено посто нного гока, на выходе которого включен конденсатор, к выходам которого подключены входы ведомого

сетью инвертора и автономного инвертора с блоком управлени , выходы которых предназначены дл  подключени  соответственно к питающей сети и электродвигателю, датчики напр жени  на конденсаторе и питающей сети, выходами подключенные к входам соответствующих компараторов, сумматор, входы которого подключены к соответствующим входам задатчика и датчика частоты вращени  ротора, выход сумматора

соединен со входом блока управлени , выход первого компаратора через последовательно включенные элемент НЕ, триггер, первый элемент задержки и схему управлени  инвертором ведомым сетью соединен с

управл ющими входами инвертора ведомого сетью, выход второго компаратора через последовательно включенные триггер, второй элемент задержки, блок управлени  выпр мителем звена посто нного тока

соединен с управл ющими входами выпр мител .

Недостаток такого устройства дл  автоматического управлени  асинхронным двигателем в режиме торможени  заключаетс 

в том, что оно не обеспечивает управление торможением асинхронного двигател  при отключении питающей сети переменного тока. В процессе торможени  кинетическа  энерги  вращающихс  масс асинхронного

двигател  и св занного с ним механизма преобразуетс  с помощью автономного инвертора и конденсатора в электрическую. Преобразование энергии сопровождаетс  возрастанием напр жени  на конденсаторе эвена посто нного напр жени . Если разность амплитудного значени  напр жени  в питающей сети и напр жени  на конденсаторе превысит допустимую величину, то включаетс  инвертор ведомый сетью и накопленна  в конденсаторе энерги  передаетс  в сеть, напр жение на конденсаторе таким образом в процессе рекуперативного торможени  поддерживаетс  на определенном уровне, который  вл етс  допустимым дл  всех элементов схемы. Если до начала процесса торможени  или во врем  процесса торможени  происходит отключение питающей сети, то инвертор ведомый сетью не в состо нии функционировать, поэтому дл  исключени  увеличени  напр жени  на конденсаторе сверх допустимых пределов происходит блокировка управлени  автономным инвертором и асинхронный двигатель тормозитс  за счет статических моментов сопротивлени . Поэтому врем  торможени  и тормозной путь станов тс  неопределенными, что  вл етс  недопустимым по правилам техники безопасности и услови м работы некоторых механизмов.

Таким образом, создание устройства автоматического управлени  асинхронным электродвигателем в режиме рекуперативного торможени , обеспечивающего режим торможени  в аварийных ситуаци х, вызванных отключением сети или отказами инверторов ведомых сетью,  вл етс  актуальной технической задачей.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности путем обеспечени  регулируемого режима торможени  при отключении питающей сети.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство автоматического управлени  асинхронным электродвигателем в режиме рекуперативного торможени , содержащее звено посто нного тока, на выходе которого включен конденсатор, к выводам которого подключены входы ведомого сетью инвертора и автономного инвертора с блоком управлени , выходы которых предназначены дл  подключени  соответственно (питающей сети и электродвигателю, датчики напр жени  на конденсаторе и питающей сети, выходами подключенные к входам соответствующих компараторов, сумматор, входы которого подключены к соответствующим выходам задатчика и датчика частоты вращени  ротора введены блок умножени  и элемент И, а задатчик частоты вращени  снабжен управл ющим входом, при этом первый вход умножени  соединен с выходом сумматора, второй вход блока умножени  соединен с выходом элемента И, входы которого подключены к выходам первого и второго компараторов, выход блока умно- 5 жени  соединен со входом блока управлени , выход второго компаратора соединен с управл ющим входом задатчика частоты вращени .

При наличии напр жени  в питающей

0 сети переменного тока на выходе элемента И формируетс  сигнал такого уровн , при котором в блоке умножени  реализуетс  функци  умножени  на плюс единицу. Поэтому в контуре, образованном автономным

5 инвертором, асинхронным электродвигателем , датчиком частоты вращени  ротора, сумматором, блоком умножени  и блоком управлени  реализуетс  отрицательна  обратна  св зь по частоте вращени . В этом

0 случае при рекуперативном торможении асинхронного электродвигател  возможен режим рекуперации энергии в питающую сеть переменного тока, который осуществл етс  за счет двухступенчатого преобразо5 вани  энергии: кинетической энергии в энергию электрического пол  конденсатора (с помощью автономного инвертора) и из энергии электрического пол  конденсатора в энергию системы трехфазных токов и на0 пр жений (с помощью инвертора ведомого сетью). При отключении напр жени  в питающей сети инвертор ведомый сетью не может функционировать, поэтому втора  ступень преобразовани  неосуществима.

5 Вместо нее в предлагаемом устройстве реализуетс  преобразование энергии электрического пол  вновь в кинетическую.

Это достигаетс  за счет того, что по сигналу второго компаратора задатчик частоты

0 вращени  формирует задание нулевой частоты вращени , а выходные сигналы датчика напр жени  на конденсаторе и датчика напр жени  питающей сети с помощью первого и второго компараторов формируют на

5 выходе элемента И сигнал другого уровн , которым блок умножени  переводитс  в режим умножени  на минус единицу. В упом нутом контуре измен етс  характер обратной св зи (она становитс  положи0 тельной) и вместо режима торможени  возникает двигательный режим и у асинхронного электродвигател  возрастает частота вращени  ротора. По мере потреблени  электрической энергии, запасенной в

5 конденсаторе звена посто нного тока, напр жение на нем снижаетс , что фиксируетс  первым компаратором, передаточна  функци  вход-выход которого гистерезис- ного типа. Изменение состо ни  первого компаратора приведет к изменению выходного сигнала элемента И, которым в свою очередь с помощью блока умножени  в контуре восстанавливаетс  отрицательна  обратна  св зь и вновь возникает генераторный режим, т.е. преобразование кинетической энергии в энергию электрического пол  конденсатора. Если в этом случае не произойдет полное преобразование всей накопленной кинетической энергии, т.е. частота вращени  не достигнет нулевого значени , то при возрастании напр жени  на конденсаторе до верхнего допустимого значени  первый компаратор вновь изменит свой выходной сигнал и возникнет двигательный режим. Преобразование энергии электрического пол  конденсатора в кинетическую энергию сопровождаетс  потер ми в автономном инверторе, асинхронном электродвигателе и механизме привода, поэтому значение частоты вращени  в конце интервала с двигательным режимом будет меньше, чем значение частоты вращени , с которого было начато торможение, или чем значение частоты в конце предыдущего интервала с двигательным режимом. Это обсто тельство свидетельствует о том, что в среднем происходит снижение частоты вращени  и темп снижени  частоты вращени  превосходит темп, когда частота вращени  уменьшаетс  только вследствие воздействи  статического момента сопротивлени , т.е. энерги  кроме потерь в механизме привода дополнительно расходуетс  на потери в электродвигателе и автономном инверторе , а также в блоке вторичного источника питани , который должен быть подключен своим силовым входом к конденсатору звена посто нного тока, а выходами ко всем блокамустройства обеспечива  услови  дл  их нормального функционировани .

Таким образом, дополнение известных признаков устройства автоматического управлени  асинхронным электродвигателем в режиме рекуперативного торможени  новыми , расшир ет его функциональные возможности за счет обеспечени  режима торможени  асинхронного электродвигател  при отключении питающей сети.

При анализе известных технических решений признаков, сходных с Отличительными признаками за вленного объекта изобретени , не обнаружено.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличи ми .

На фиг. 1 показана функциональна  схема устройства автоматического управлени  асинхронным электродвигателем в режиме рекуперативного торможени , на фиг. 2 вариант исполнени  задатчика частоты вращени .

Устройство дл  автоматического управлени  асинхронным электродвигателем в

режиме рекуперативного торможени  содержит асинхронный электродвигатель 1, звено посто нного тока 2, образованное выпр мителем 3 и LC-фильтром с конденсатором А на выходе, автономный инвертор 5,

0 подключенный своими силовыми входами к конденсатору А, а выходами к асинхронному электродвигателю 1, инвертор 6 ведомый сетью, подключенный силовыми входами к конденсатору 4, а силовыми выходами к пи5 тающей-сети переменного тока, первый компаратор 7, датчик 8 напр жени  на конденсаторе , выход которого подключен ко входу первого компаратора 7, а вход - к конденсатору 4. второй компаратор 9, дат0 чик 10 напр жени  питающей сети, выход которого подключен ко входу второго компаратора 9, а вход- к питающей сети переменного тока. Датчик 11 частоты вращени , сумматор 12, блок умножени  13, блок уп5 равлени  14 включены последовательно, выходы блока управлени  14 подключены к управл ющим входам автономного инвертора 5, задатчик 15 частоты вращени  подключен своим выходом к сумматору 12, а

0 управл ющим входом ко второму компаратору 9, элемент И 1 б подключен своими входами к выходам первого 7 и второго 9 компараторов, а выходом - ко второму входу блока умножени  13.

5 В качестве асинхронного электродвигател  1 может быть использован асинхронный двигатель серии 4А.

Выпр митель 3 может быть реализован по известной схеме Ларионова на неуправ0 л емых вентил х, либо по такой же схеме на управл емых вентил х, если необходима быстродействующа  защита от перегрузки, котора  реализуетс  за счет искусственной коммутации вентилей в выпр мителе 3.

5 Г-образный LC-фильтр звена посто нного тока 2 образован индуктивностью и конденсатором 4 и может быть выполнен аналогично известному.

Автономный инвертор 5 целесообразно

0 выполнить по схеме широтно-импульсного преобразовател .

Инвертор б ведомый сетью может быть выполнен по схеме трехфазного управл емого тиристорного инвертора, работающего

5 на входную питающую сеть переменного тока .

Датчик напр жени  8 может быть реализован по схеме дифференциального усилител . Входами датчика напр жени   вл ютс  входы Uc2 пр мой и Uci инверсный дифференциального усилител , а выход его  вл етс  выходом датчика относительно нулевого потенциала схемы управлени  приводом.

В качестве компаратора 9 может быть использована серийно выпускаема  микросхема К554САЗ с соответствующей схемой включени . Компаратор обеспечивает сравнение входного сигнала с опорным сигналом , определ ющим уставку Срабатывани  компаратора.

Компаратор 7 может быть выполнен по схеме регенераторных компараторов на базе операционного усилител . Напр жение верхнего и нижнего порога переключени  определ ютс  по формулам таблицы вышеуказанной литературы.

Датчик напр жени  питающей сети 10 реализуетс  по схеме трехфазного или шес- тифазного выпр мител  с разв зывающим согласующим трансформатором на входе.

В качестве датчика 11 частоты враще- ни  может быть использован тахогенератор ТТ1-0.03-2-АТ (технические услови  1АТ.569.050-ДУ). Сумматор 12 как элемент сравнени  замкнутого по скорости электропривода обычно выполн ют в виде ПИ-регу- л тора по схеме на базе операционного усилител  с подъемом в частной характеристике коэффициента передачи в области нижних частот.

В качестве блока умножени  13 должно быть применено устройство умножени  аналогового сигнала на дискретный.

В качестве блока управлени  14 можно использовать функциональный узел след щей системы электропривода,, обеспечивающий необходимые преобразовани  сигналов, характерные дл  управлени  электродвигателем переменного тока.

Задатчик 15 частоты вращени  может быть выполнен по схеме приведенной на фиг. 2. При наличии напр жени  в питающей сети реле 17 обесточено и выход потенциометра 18 подключен ко входу сумматора 12. В этом случае величина задающего сигнала определ етс  положением движка потенциометра 18 и напр жением источников питани  19 и 20, в качестве которых могут быть использованы аккумул торы или выхо- ды блока вторичных источников питани , которые обеспечивают собственные нужды всех элементов схемы устройства в целом. При отключении сети второй компаратор 9 переключаетс , формирует на своем выходе сигнал лог. 1, которым включаетс  реле 17, а его контакт подключает вход сумматора 12 к шине нулевого потенциала, что эквивалентно заданию нулевого значени  частоты вращени .

В качестве элемента И 16 может быть использована микросхема типа К155.

Предложенное устройство управлени  в режиме торможени  работает следующим образом

Дл  перехода к режиму торможени  за- датчик 15 частоты вращени  формирует на своем выходе нулевой потенциал, при этом на выходе сумматора 12 выходной сигнал измен ет свою величину и пол рность. Так как исходное состо ние компараторов 7 и 9 и выходной сигнал элемента И 16 остаютс  неизменными, то блок умножени  13 передает входной сигнал на выход без изменени  величины и пол рности, а блоком управлени  14 формируетс  система управл ющих сигналов, перевод ща  асинхронный электродвигатель 1 и автономный инвертор 5 из двигательного режима работы в генераторный. При этом измен етс  направление и величина потребл емого автономным инвертором 5 тока и начинаетс  зар д конденсатора 4, сопровождающийс  возрастанием напр жени  на нем. Если в питающей сети переменного тока величина напр жени  находитс  в допустимых пределах , то при определенной величине напр жени  на конденсаторе 4 включитс  инвертор б ведомый сетью и создадутс  услови  дл  рекуперации энергии в питающую сеть.

Если в питающей сети напр жение уменьшитс  сверх допустимых пределов, то инвертор 6 ведомый сетью, не может нормально функционировать и он блокируетс , а датчик 10 напр жени  питающей сети при этом выдает сигнал, меньший уставки порога переключени  второго компаратора 9, последний переключаетс  и формирует на соответствующем входе элемента И 16 разрешающий уровень (лог. 1). Блокировка инвертора 6 ведомого сетью приводит к возрастанию напр жени  на конденсаторе 4 до верхнего предельно допустимого значени , которое фиксируетс  первым компаратором 7 из-за соответствующего изменени  выходного сигнала датчика 8 напр жени  на конденсаторе 4. Выходной сигнал первого компаратора 8 формирует на втором входе элемента И 16 лог. 1 совпадение разрешающих уровней на входах элемента И 16 измен ет его выходной сигнал, который, воздейству  на блок умножени  13, переводит его в режим умножени  на минус единицу, что эквивалентно изменению пол рности выходного сигнала блока умножени  13 без изменени  величины этого сигнала, а в устройстве - переходу от генераторного режима к двигательному. . В двигательном режиме начинаетс  проесс потреблени  энергии электрического пол , запасенной в конденсаторе 4, который будет сопровождатьс  его разр дом и меньшением напр жени . При снижении напр жени  и пропорционального ему выходного сигнала датчика 8 напр жени  на конденсаторе 4 до порога обратного переключени , определенного гистерезисной характеристикой первого компаратора 7, на выходе первого компаратора 7 формируетс  лог. 0. Лог. О будет сформирован на выходе элемента И 16 и, как следствие, будет вновь задан генераторный режим, т.к. блок умножени  13 не измен ет в этом случае выходной сигнал сумматора 12 ни по величине , ни по знаку, а в контуре асинхронный электродвигатель 1 - датчик 11 частоты вращени  - сумматор 12 - блок умножени  13 - блок управлени  14 - автономный инверор 5 обратна  св зь по частоте враени  будет отрицательной. Если остаток запасенной кинетической энергии будет меньше энергии, затраченной на потери и энергии, котора  будет запасена в конденсаторе 4 при напр жении на нем меньшем верхнего значени  предельно допустимого напр жени , то произойдет снижение частоты вращени  до нулевого значени  и торможение закончитс . Если запасенна  кинетическа  энерги  окажетс  больше, то напр жение на конденсаторе 4 будет возрастать и произойдет переход в двигательный режим, а затем в генераторный . Процессы перехода из генераторного режима в двигательный и вновь в генераторный будет происходить до полной остановки двигател .

Режим торможени  асинхронного двигател  возникает принудительно при отключении напр жени  питающей сети. Второй компаратор 9 в этом случае формирует сигнал лог. 1, который воздействует на управл ющий вход задатчика 15 частоты вращени  и вызывает в нем формирование нулевой частоты вращени , по которому происход т описанные выше процессы.

По сравнению с прототипом за вл емое устройство автоматического управлени  асинхронным электродвигателем в режиме рекуперативного торможени  обладает большими функциональными возможност ми за счет обеспечени  режима торможени  при отключении питающей сети, что достигаетс  введением блока умножени  и элемента И, а за датчик частоты вращени  снабжен управл ющим входом, при этом первый вход блока умножени  соединен с выходом сумматора, второй вход блока умножени  соединен с выходом элемента И, входы которого подключены к выходам первого и второго компараторов, а выход блока умножени  соединен со входом

блока управлени , выход второго компаратора соединен с управл ющим входом задатчика частоты вращени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство дл  автоматического управлени  асинхронным электродвигателем в режиме рекуперативного торможени , содержащее звено посто нного тока, на выходе которого включен конденсатор, к выводам которого подключены входы ведомого сетью инверторам автономного инвертора с блоком управлени , выходы которых предназначены дл  подключени  соответственно к питающей сети и электродвигателю датчики напр жени  на конденсаторе и питающей сети, выходами подключенные к входам соответствующих компараторов, . сумматор, входы которого подключены к соответствующим выходам задатчика и датчика частоты вращени  ротора, отличающ е е с   тем, что, с целью повышени  надежности путем обеспечени  регулируемого режима торможени  при отключении питающей сети, в него введены блок умножени  и элемент И, а задатчик частоты вращени  снабжен управл ющим входом, при этом первый вход блока умножени  соединен с-выходом сумматора, второй вход блока умножени  соединен с выходом элемента И, входы которого подключены к выходам

   первого и второго компараторов, выход блока умножени  соединен с входом блока управлени , выход второго компаратора соединен с управл ющим входом задатчика частоты вращени .

   фиг. 2