Способ торможения электрической машины
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (s»s Н 02 P 3/22
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ 1 (21) 4827314/07 (22) 21.05.90 (46) 23.07.93. Бюл. М 27 (71) С б рс и завод ко в Horo электропривода "Сибстанкоэлектропривод" (72) P.Ä.Áàé, В.К.Гробов, А.А.Канеп, А.В.Фельдман и А.Н.Фомичев (73) А.А.Канеп (56) Авторское свидетельство СССР
Q 985912; xn. H 02 P 3/22, 1974.
Авторское-свидетельство СССР
ЬЬ 1023597, кл. Н 02 P 3/22, 1975.
Авторское свидетельство СССР й. 1434530, кл. Н 02 Р 3/22, 1988.
Авторское свидетельство СССР
N 1236593; кл. Н 02 Р 3/22, 1986.
{54) СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Использование: s автоматизированном электроприводе. Сущность: в способе,, Я2„„183О177 А3 торможения электрической машиной, питаемой от сети переменного тока через преобразователь частоты 2 со звеном 3 постоянного тока, 8 цепь которого включен конденсатор 5, контроль напряжения осуществляют на зажимах конденсатора. В случае аварии величину управляющего воздействия на электропривод устанавливают равной значению, соответствующему нулевой частоте вращения. При превышении контролируемого напряжения максимально допустимого перенапряжения переводят электрическую машину 1 в двигательный режим до момента, когда напряжение конденсатора 5 станет меньше заданной минимальной величины перенапряжений, и переводят электрическую машину в генераторный режим. Благодаря этому уменьшается время торможения. 2 ил.
1830177
Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированному электроприводу, и может быть использовано во всех областях техники, в которых в аварийных ситуациях необходимо обеспечить управляемое торможение двигателя до его полной остановки, Цель изобретения — умен ьшение времени останова электрической машины за счет повышения эффективности торможения.
Ка фиг,1 показаны диаграммы частоты вращения в, изменение энергии А, запасенной в конденсаторе, и потери Р в генераторном (интервалы О-Т1, Т2-ТЗ; Т4-T5;) и двигательном режимах.
Если рассматривать комплекс двигатель-инвертор преобразователя частоты— конденсатор звена постоянного тока как преобразователь энергии одного вида в другую, то в генераторном режиме кинетическая энергия используется на накопление и потери, а в двигательном режиме уже эта . накопленная энергия электрического поля преобразуется в кинетическую за вычетом потерь, величина которых превышает потери в генераторном режиме. Сравнивая процессы торможения, при использовании известного способа в прототипе и предлагаемого, по характеру изменения потерь, следовательно, в интенсивности торможения преимущество предлагаемого способа очевидно.
Таким образом, дополнение способа торможения двигателя, питаемого от преобразователя частоты со звеном постоянного тока, в состав которого входит конденсатор, ориентацией перевода двигателя из генераторного в двигательный режим, если напряжение на конденсаторе достигло верхнего значения предельно допустимого напряжения, позволяет снизить частоту вращения ротора двигателя до нулевого значения в аварийной ситуации, связанной с невозмо>кностью функционирования устройств рекуперации энергии в сеть переменного тока при отключении от сети или исчезновения в сети напряжения, а также отказах в устройствах рекуперации или отказах в устройствах преобразования энергии электрического поля в тепловую.
На фиг,1 показаны диаграммы процессов торможения изменения скорости и„накопленной энергии А в конденсаторе и потери Р соответственно в заявленном техническом решении, реализованном в устройстве по функциональной схеме на фиг,2 и в способе, взятом за прототип. Рассмотрим предлагаемый способ торможения двигателя на примере реализации его в регулируемом электроприводе (см. фиг.2), в котором асинхронный двигатель 1 подключен к преобразователю частоты 2. в состав которого входит звено постоянного тока (выпрямитель 3, С-фильтр, образованный индуктивностью 4 и конденсатором 5) и инвертор 6, задающие сигналы которому формируются функциональным преобразователем 7. Входной сигнал функционального преобразователя 7 формируется регулятором частоты вращения, выполненным с помощью устройства сравнения 8 датчика частоты вращения 9. К выходу
С-фильтра подключен датчик напряжения
10, выходной сигнал которого подается на два компаратора 11 и 12. выходы которых через P-триггер 13 и схемы И 14 и 1.5 подключены к ключевым элементам 16 и 17.
Выходы ключевых элементов 16 и 17 под20 ключены к входу устройства сравнения 8, сигнальный вход ключевого элемента 17 подключен к шине нулевого потенциала 0В, а сигнальный вход ключевого элемента 16— к выходу инвертирующего усилителя 18, коэффициент усиления К которого больше 1 и вход подключен к выходу датчика частоты вращения 9.
Выпрямитель 3 может быть реализован по известной схеме Ларионова на неуправ30 ляемых вентилях, либо по такой же схеме на управляемых вентилях, если в электроприводе применен инвертор ведомой сетью.
Инвертор 6 может быть выполнен по схеме трехфазного инвертора. В качестве функционального преобразователя 7 можно использовать функциональный узел следящей системы электропривода, обеспечивающий необходимые преобразования сигналов, характерные для управления
40 электродвигателем переменного тока. устройство сравнения 8 может быть выполнено по схеме суммирующего усилителя.
В качестве датчика 9 частоты вращения может бы гь использован тахогенератор.
Датчик напряжения 10 может быть реализован по схеме дифференциального усилителя. Входами датчика напряжения являются входы прямой и инверсный дифференциального усилителя, а выход его является выходом датчика относительно нулевого потенциала схемы управления приводом, Компараторы обеспечивают сравнение
55 входного сигнала с опорными сигналами, определяющими уставки срабатывания компараторов 11 и 12, соответствующие верхнему и нижнему значениям предельно допустимого уровня напряжения на конденсаторе 5.
1830177
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, 3а 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 управляющий 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 которого 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 компаратора 12. Последний переключается в состояние, которое устанавливает в триггере
13 разрешающий сигнал для элемента И 15. 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 размыкаетсяя.
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 е режим происходятдо 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 двухполярным ограничением выходного сигнала, Максимальному значению выходного сигнала соответствует максимальное значение момента (выходного тока инвертора), развиваемого двигателем, Динамические показатели, необходимые приводу подачи металлорежущего станка, в котором в качестве приводного двигателя используется асинхронный двигатель, обеспечиваются, 1830177
30 механизмов в аварийных ситуациях при от- 40
55 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 полл в тепловую, обеспечивает останов двигателя с большим значением тормозного момента. чем известные аналоги и прототип.
Положительный эффект достигается зэ счет того,, что снимаются ограничения по значениям максимальных частот вращения и приведенных значений моментов инерции, при которых обеспечивается гарантированное тормо>кение до полного останова ключа ощих питающей сети или отказах устройств рекуперации энергии в-сеть или отказах устройств, обеспечивающих рассеивание энергии при торможении привода.
Эти свойства повышают безопасность работы обслу>кивающего персонала и снижают вероятность поломок механизмов, а также в некоторых областях применения позволяют упростить алектропривод за счет исключения устройств для рекуперации энергии в сеть или отказаться от использования специальных устройств, обеспечивающих рассеяние энергии при тормо>кении, При отсутствии воэможности преобразовать кинетическую энергию маховых масс в электрическую и передать ее в сеть единственным способом эффективного торможения (за минимальное время) является
20 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 s 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 укаэанные операции до момента останова электрической машины.
1830177 юг. 7
Составитель А, Головченко
Редактор М. Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор Н. Гунько
Заказ 2495 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
![Способ торможения электрической машины](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/774/7749031-s.jpg)
![Способ торможения электрической машины](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/774/7749032-s.jpg)
![Способ торможения электрической машины](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/774/7749033-s.jpg)
![Способ торможения электрической машины](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/774/7749034-s.jpg)
![Способ торможения электрической машины](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/774/7749035-s.jpg)