СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
METHOD FOR CONTROL OF VARIABLE-FREQUENCY ELECTRIC DRIVES

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях частоты для управления асинхронными двигателями.
Известен способ применения преобразователя частоты с неуправляемым выпрямителем на входе звена постоянного тока, накапливаемая на конденсаторах энергия генерации в режиме отрицательного скольжения (S<0) асинхронного двигателя гасится на тормозных резисторах с помощью тормозных прерывателей (Промышленные приводы АББ ACS800, одиночные приводы от 0,55 до 5600 кВт. Каталог). Основным недостатком является то, что стоимость тормозного прерывателя и резисторов составляет значительную часть стоимости преобразователя частоты, а занимаемая ими площадь превышает площадь, занимаемую преобразователем частоты. Данный способ управления применяется при стабильном входном силовом напряжении.
Известен способ управления асинхронным двигателем (RU, патент №2513035) при изменении входного силового напряжения в широких пределах, когда напряжение в звене постоянного тока достигает критического значения, отключают автономный инвертор напряжения от источника постоянного тока до тех пор, пока напряжение в звене постоянного тока не станет ниже критического значения. Для определения частоты вращения двигателя на «выбеге», на выходе автономного инвертора напряжения кратковременно формируют низковольтное постоянное напряжение, возбуждающее электродвигатель, в статорных обмотках которого магнитное поле ротора наводит переменный ток, частоту которого измеряют, и с этой частотой осуществляют повторный пуск двигателя на «выбеге».
Для эффективного торможения асинхронным двигателем, на выходе инвертора напряжения формируют напряжение постоянного тока, амплитуда которого линейно нарастает от нуля до значения, зависящего от типа асинхронного двигателя, которое создает требуемый тормозной момент, при этом момент остановки двигателя определяют по кратковременному уменьшению его фазного тока, после чего инвертор напряжения выключают.
Недостатком данного способа является то, что при изменении задания по частоте, пуске и остановке асинхронного двигателя выходное напряжение и частоту изменяют по одному и тому же закону скалярного частотного управления. Основным недостатком является то, что для исключения генераторного режима на «выбеге» при выключении инвертора плавно снижают выходные напряжения и частоту до нуля, а при повторном пуске плавно разгоняют асинхронный двигатель с текущими значениями напряжения и частоты.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип предлагаемого изобретения, является способ управления торможением частотного электропривода с многоуровневым инвертором напряжения (RU, патент №2580508). Способ управления торможением асинхронного двигателя состоит в совмещении на первом этапе динамического торможения и магнитного торможения, когда закорачиваются статорные обмотки двигателя. На втором этапе применяется способ магнитного торможения, приводящий к полному гашению электромагнитной энергии и остановке двигателя. Использование на этом этапе магнитного способа торможения позволяет более эффективное гашение электромагнитных процессов в двигателе. Использование магнитного торможения не требует дополнительных расходов электрической энергии, так как электромагнитная энергия, накопленная на первом этапе во время динамического торможения, используется для торможения до полной остановки ротора двигателя. При этом отпадает необходимость контроля скорости для обесточивания двигателя, так как электромагнитная энергия, накопленная на первом участке, разрядилась в статорной обмотке и не будет дополнительного нагрева двигателя, как при динамическом способе торможения. Данный способ управления применяется при стабильных входных силовых напряжениях на входе неуправляемых выпрямителей.
Целью предлагаемого способа управления частотным электроприводом является расширение функциональной возможности способа управления торможением частотного электропривода с многоуровневым инвертором напряжения (RU, патент №2580508) в частотных электроприводах.
Поставленная цель достигается тем, что в частотных электроприводах, содержащих выпрямитель на входе звена постоянного тока, подключенного через автономный инвертор напряжения к асинхронному двигателю, при изменении задания по частоте (напряжения) и пуске асинхронного двигателя с повышением уровня напряжения в звене постоянного тока над уровнем входного силового напряжения выпрямителя обеспечивает совмещенное с динамическим магнитное торможение асинхронного двигателя. Энергия генерации, выделяемая в режиме отрицательного скольжения (S<0) асинхронного двигателя, используется для торможения двигателя. При этом время «выбега» ротора двигателя уменьшается, что приводит к значительному увеличению быстродействия частотных электроприводов, уменьшению стоимости и занимаемой площади частотных электроприводов за счет отсутствия в них тормозных прерывателей и тормозных резисторов.
При останове двигателя на первом этапе обеспечивается совмещенное с динамическим магнитное торможение, а на втором этапе - магнитное торможение. Использование магнитного торможения не требует дополнительных расходов электрической энергии, так как электромагнитная энергия, накопленная на первом этапе во время динамического торможения, используется для торможения до полной остановки ротора двигателя. При этом отпадает необходимость контроля скорости для обесточивания двигателя, так как электромагнитная энергия, накопленная на первом участке, разрядилась в статорной обмотке и не будет дополнительного нагрева двигателя, как при динамическом способе торможения.
Переключение силовых ключей инверторов напряжения позволяет синхронизировать ток динамического торможения ранее протекавшим током двигателя. Направления токов в фазах двигателя, имевшихся в двигательном режиме в момент переключения, сохраняются в режиме торможения во всех трех фазах. Переключение в режим торможения без выдержки времени на гашение магнитного поля двигателя, равной 3-4 постоянной времени ротора, позволяет повысить быстродействие частотных электроприводов.
Предложенный способ управления частотным электроприводом позволяет уменьшить время «выбега» ротора двигателя при изменении задания по частоте и пуске асинхронного двигателя, переключить в режим торможения без гашения магнитного поля двигателя, и тем самым значительно увеличить быстродействие частотных электроприводов. Применение двухступенчатого торможения для остановки двигателя позволяет исключить контроль скорости, повысить надежность и эффективность электропривода в тормозном режиме. Энергия генерации, выделяемая в режиме отрицательного скольжения (S<0) асинхронного двигателя, используется для торможения двигателя, что позволяет снизить стоимость частотного электропривода за счет отсутствия в них тормозных прерывателей и тормозных резисторов.