УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРУЕМОГО ДИНАМИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в системах динамического торможения частотно- управляемых двигателей переменного тока (ДПрТ) (асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором и синхронных двигателей с мощной демпферной обмоткой) различного назначения, питаемых от полупроводниковых преобразователей частоты (ППЧ) с непосредственной связью (НППЧ).
Известны устройства динамического торможения, включающие НППЧ, ДПрТ, систему управления и аппаратуру для управления процессом торможения [Теория электропривода. - СПб: Энергоатомиздат, Ковчин С.А., Сабинин Ю.А., 1994. - 496 с, Общий курс электропривода. - М.: Энергоиздат, Чиликин М.Г., Сандлер А.С., 1981. - 576 с.] К недостаткам систем следует отнести наличие отдельного источника постоянного тока и дополнительной коммутационной аппаратуры, что ведет к повышению стоимости и массогабаритных показателей, применение традиционных ДПрТ с неэкономичными способами регулирования тормозного момента.
Известна система электропривода на базе ДПрТ и НППЧ, выбранная в качестве прототипа [Эксплуатация гребных электрических установок. - М.: Транспорт, Панов В.А., Романовский В.В., Корди С.А., 1988. - 174 с., Гребные электрические установки атомных ледоколов. - СПб: Элмор, Быков А.С. и др., 2004. - 320 с.]. Система содержит НППЧ, собранный на неполностью управляемых тиристорах, силовая цепь которого соединена через датчики тока (ДТ) с обмоткой статора ДПрТ, на роторе которого установлен датчик частоты вращения (ДЧВ) или датчик положения ротора (ДПР), соединенный с системой управления НППЧ (СУ НППЧ) и обеспечивающий контроль частоты вращения (момента) при использовании соответствующих алгоритмов управления ДПрТ. Цепи управления НППЧ подключены к СУ НППЧ таким образом, чтобы обеспечить формирование выходного напряжения НППЧ по синусоидальному закону. Входы СУ НППЧ соединены с постом управления (ПУ), формирующим команды для управления НППЧ.
В этих системах используют рекуперативное торможение: ДПрТ переходит в генераторный режим, часть силовых блоков НППЧ работает в инверторном режиме и возвращает кинетическую энергию привода в питающую сеть или подключают с помощью коммутационных аппаратов тормозные сопротивления, служащие для рассеивания кинетической энергии привода.
Недостатками установки являются отсутствие или существенное ограничение энергии, возвращаемой в питающую сеть, что снижает эффективность рекуперативного торможения на сеть и влечет необходимость подключения внешних тормозных сопротивлений и приводит к увеличению массогабаритных показателей и стоимости системы электропривода.
Технической задачей изобретения является улучшение массогабаритных показателей, повышение надежности и эффективности, торможения двигателя.
Для решения поставленной задачи предложено устройство регулируемого динамического торможения частотно-управляемых двигателей переменного тока. Оно содержит НППЧ, собранный на не полностью управляемых тиристорах, двигатель переменного тока, систему управления НППЧ. При этом НППЧ соединен через датчики тока с двигателем, на роторе которого установлен датчик частоты вращения (датчик положения ротора), и снабжен системой управления НППЧ. Вход СУ НППЧ соединен с постом управления, а выход - с силовыми блоками НППЧ. Устройство дополнительно содержит электрический функциональный преобразователь (ФП) и логический элемент (ЛЭ), выполняющий операцию «И», схемы и элементная база которых известны и описаны в литературе [Элементы и функциональные устройства судовой автоматики. - СПб.: Элмор, Жадобин Н.Е., Крылов А.П., Мальков В.А., 1998.- 440 с. (см. рис.10.6, 10.9 на стр.366-370 и); Элементы, автоматизированного электропривода.- М.: Энергоатомиздат, Терехов В.М., 1987. - 224 с. (см. стр.8.1, а также стр.98-102)] при этом логический элемент представляет собой схему с открытым коллектором [Цифровые интегральные микросхемы: Справочник-Минск, "Беларусь", М.И.Богданович, И.Н.Грель, В.А.Прохоренко, В.В.Шалимо, 1991 - 493 с. (см. стр.57 рис.2.10.]. Также устройство содержит два реле времени, и две дополнительные цепи поста управления. Первая дополнительная цепь соединена с первым дополнительным входом системы управления НППЧ, вторая дополнительная цепь соединена со входами первого и второго реле времени, выход первого реле времени соединен со вторым дополнительным входом системы управления НППЧ, входы функционального преобразователя присоединены к датчикам тока и частоты вращения (положения ротора), а его выход и выход второго реле времени соединены со входом логического элемента, выход которого соединен с третьим дополнительным входом системы управления НППЧ.
Устройство регулируемого динамического торможения частотно-управляемых двигателей переменного тока представлено на фиг.1. Устройство содержит НППЧ 1, собранный на не полностью управляемых тиристорах и подключенный к источнику переменного тока повышенной или промышленной частоты. Выход силовой цепи НППЧ 1 подключен через датчики тока 2 к двигателю переменного тока 3 (обмотка статора ДПрТ при этом может быть соединена в открытую или традиционную звезду), на роторе которого установлен индукционный или цифровой датчик частоты вращения (датчик положения ротора) 4. Силовые блоки НППЧ 1 связаны с выходом системы управления НППЧ (СУ НППЧ) 5. Вход СУ НППЧ 5 подключен к посту управления 6 с помощью штатной цепи 7 и дополнительной цепи 8, которая соединена с дополнительным входом 1 СУ НППЧ 6. Выход поста управления 6 с помощью дополнительной цепи 9 также подключен к входам реле времени 10 и 11. Выход реле времени 10 подключен к дополнительному входу 2 СУ НППЧ 5, а выход реле времени 11 подключен к входу логического элемента 12. К входу логического элемента 12 также подключен ФП 13, вход которого соединен с датчиком частоты вращения (датчиком положения ротора) 4 и датчиками тока 2. Выход логического элемента 12 подключен к дополнительному входу 3 СУ НППЧ 5.
Устройство регулируемого динамического торможения частотно-управляемых двигателей переменного тока, питаемых от полупроводниковых преобразователей частоты с непосредственной связью, работает следующим образом: В двигательном режиме трехфазное напряжение повышенной или примышленной частоты подается на вход НППЧ 1, формирующего выходное напряжение регулируемой частоты по синусоидальному закону. С выхода НППЧ 1 напряжение подается через датчики тока 2 на двигатель переменного тока 3. При этом СУ НППЧ 5 вырабатывает управляющие импульсы для открытия тиристоров в соответствии с выбранным законом формирования выходного напряжения. Команды от поста управления 6 поступают к СУ НППЧ 5 через штатную цепь 7. Дополнительные цепи 8, 9, реле времени 10, 11, логический элемент 12 и функциональный преобразователь 13 не работают. В режиме динамического торможения от поста управления 6 на СУ НППЧ 5 с помощью дополнительной цепи 8 подается команда на запрет подачи управляющих импульсов на силовые блоки I-VI тиристоров НППЧ 1. От поста управления 6 на СУ НППЧ 5 с помощью дополнительной цепи 9 через реле времени 10, обеспечивающее выдержку во времени, достаточную для затухания переходных процессов в статорной обмотке двигателя переменного тока 3, подается команда, разрешающая работу I-III-V или II-IV-VI силовых блоков НППЧ 1. при этом указанные силовые блоки переводятся в выпрямительный режим, с углом открытия тиристоров, изменяющимся по прямоугольному закону. Управляемый (плавный) режим динамического торможения обеспечивается путем регулирования величины выходного напряжения силовых блоков I-III-V или II-IV-VI НППЧ 1 с помощью функционального преобразователя 13, на вход которого поступают сигналы от датчиков тока 2 и датчика частоты вращения 4, а выход подключен через логический элемент 12 к третьему дополнительному входу СУ НППЧ 5, обеспечивающей изменение выходного напряжения силовых блоков I-III-V или II-IV-VI в соответствии с требуемым законом торможения. Логический элемент 12 совместно с реле времени 11 обеспечивает прохождение управляющего сигнала от ФП 13 с задержкой времени относительно поданной команды, разрешающей работу I-III-V или II-IV-VI силовых блоков НППЧ 1, что позволяет получать заданные характеристики регулируемого динамического торможения двигателя 3 до его полной остановки или минимальной частоты вращения ротора.
Устройство позволяет улучшить массогабаритные показатели и одновременно снизить его стоимость вследствие отказа от использования внешних тормозных сопротивлений и коммутационной аппаратуры, а также повысить надежность и эффективность торможения за счет использования регулируемого динамического торможения и применения, штатных не полностью управляемых тиристоров НППЧ.