Способ аварийного пуска вентильного электродвигателя в заданном направлении Советский патент 1984 года по МПК H02P6/18 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах с вентильными электродвигателями.

Известны различные способы пуска вентильного электродвигателя, в час ности,подключением преобразователя частоты к источнику электрической энергии, при этом дополнительные источники питания датчика положения ротора и предварительных каскадов усиления преобразователя частоты должны быть подключены к своим потребителям; подключением к дополнительному источнику питания датчика положения ротора, при этом источник электрической энергии и дополнительный источник питания предварительны каскадов усиления преобразователя частоты должны быть подключены к своим потребителям; подключением, к дополнительному источнику питания предварительных каскадов усиления преобразователя частоты, при этом источник электрической энергии и дополнительный источник питания датчи положения ротора должны подключены к своим потребителям 1 .

Однако при таком подключении возможно возникновение аварийных режимов в процессе пуска вентильного электродвигателя.

Наиболее близким к предложенному является способ аварийного пуска в заданном направлении вентильного электродвигателя, содержащего син. хронную машину, управляемую от пре образочателя частоты по сигналс1М датчика положения индуктора, при котором подают команду на движение индуктора в заданном направлении за счет открытия ключей преобразователя частоты в определенной комбинации, контролируют неподвижное состояние индуктора, затем подают команду на управляющие цепи ключей преобразователя частоты, обеспечивая комбинацию их включения, отличную от первоначальной 2 .

Отказ в вентильном электродвигателе , эквивалентный неисправности типа обрыв ключа преобразователя частоты, не является абсолютным отказом Вентильный электродвигатель в целом сохраняет работоспособность, но с ухудшенными электромеханическими характеристиками за счет того, что одна или какая-то комбинация секций якорной обмотки не подключается к источнику электрической энергии. Вентильный электродвигатель с таким отказом развивает и пусковой момент, однако не во всех положениях индуктора синхронной машины. Те положения индуктора, при которых вентильный электродвигатель не развивает пускового,момента, называют мертвыми точками. Имеется ряд устройств, где вентильный электродвигатель в течение определенного отрезка времени работает без регламентных ремонтов, например электроприводы авиационных механизмов. К таким вентильным электродвигателям предъявляется требование очень высокой надежности. Использование известного способа аварийного пуска неприемлемо в указанном классе объеКтов из-за низкой надежности, поскольку при любом отказе в вентильном электродвигателе, эквивалентном неисправности типа обрыв ключа преобразователя частоты, не являющим.ся абсолютным отказом, при определенных положениях индуктора вентильный электродвигатель может не запуститься или запуститься в противоположном заданному направлении.

Цель изобретения - повышение надежности аварийного пуска при отказе в вентильном электродвигателе, эквивалентном неисправности типа обрыв ключа преобразователя частоты.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу аварийного пуска в заданном направлении вентильного электродвигателя, содержащего синхронную машину, управляемую от преобразователя частоты по сигна лам датчика положения индуктора, при котором подают команду на движение индуктора в заданном направлении за счет открытия ключей преобразователя частоты в определенной комбинаций контролируют неподвижное состояние индуктора, затем подают команду на управляющие цепи ключей преобразова теля частоты, команду подают на дви жение индуктора в противоположном направлении, обеспечивающую перемещб ние индуктора на угол if , причем

f b4l..f(.-..-ir),

где тир- числа секций и пар полюсов синхронной машины; - относительная величина перекрытия последовально работающих ключей преобразователя частоты ,1,2... целое число, после чего по той же цепи подают команду на движение индуктора в заданном направлении.

На фиг 1 дано устройство для управления вентильным электродвигателем с трехфазным однополупериодным преобразователем частоты; на фиг. 2эпюры напряжений на чувствительных элементах датчика положения индуктора и токов в ключах преобразователя частоты вентильного электродвигателя. Рассмотрим совокупность операций для случая обрыва одного ключа преобразователя частоты. Форма подачи команды на движение индуктора вентильного электродвигателя в заданном направлении для данного способа 4oжeт быть различной. Контролировать неподвижное состояние индуктора в том положении, при котором управляющий сигнал поступает на неисправный ключ, можно как визуально, так и по сигналам специальных датчиков, например, по отсутствию импульсов с датчика положения индуктора, по сигналу специального датчика частоты вращения и др. Команда должна быть подана по цепям управления ключами преобразователя частоты, например, по цепи питания датчика положения индуктора. Подача команды на движение индуктора вентильного электродвигателя р противоположном направЛИНИИ по любой другой цепи, например изменением полярности источника электрической энергии при двухпроводных ключах преобразователя частоты или изменением полярности источни ка питания обмотки возбуждения в слу чае использования вентильного электродвигателя с .электромагнитным возбуждением, не вызывает каких-либо движений индуктора, поскольку не устранена основная причина, из-за которой индуктор вентильного электродвигателя оказался в неподвижном состоянии. В данных случаях сохраняется ситуация,при которой сигнал с чувствительного элемента датчика положения индуктора поступает на неисправный ключ преобразователя частоты, что не позволяет вывести индук тор вентильного электродвигателя из мертвой точки. Подача же команды на движение индуктора в противополож ном направлении по цепям управления ключс1ми преобразователя частоты, на пример по цепи питания датчика поло жения индуктора, вызывает включение другого ключа или комбинации ключей среди которых не будет неисправного ключа преобразователя частоты. Вентильный электродвигатель развивает пусковой момент, что приводит к пер мещению его индуктора в направлении обратном заданному на некоторый уго Ср . Ниже определены средства регист ции ы относительное значение угла cf на которое должен быть перемещен ин дуктор вентильного электродвигателя с тем, чтобы при подаче команды на движение индуктора в заданном напра лении, был осуществлен успешный запуск вентильного электродвигателя. Возникновение движения индуктора вентильного электродвигателя создает предпосылки для вывода индуктора из положения мертвой точки. Ког да индуктор вентильного электродвиг теля выведен из положения мертвой точки, может быть подана команда на движение в заданном направлении. При этом выбор вида команды на движение в заданном направлении зависит от конкретной схемно-технической реализации способа. Для упрощения предпочтительнее эту команду, как и команду на движение в противоположном направлении, подавать по цепям управления ключеми преобразователя частоты, например по цепи питания датчика положения индуктора. Рассмотрим реализацию способа на вентильном электродвигателе с трехфазным однополупериодным преобразователем частоты. Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину 1, преобразователь частоты 2 и датчик положения индуктора 3. Синт кронная машина 1 содержит установленные на статоре секции 4-6, якорной обмотки и вращающийся индуктор 7, например постоянный магнит. Преобразователь 2 частоты собран на трех ключах 8-10, выполненных в данном случае на транзисторах. Датчик 3 положения индуктора содержит три чувствительных элемента 11-13, которые используются для формирования сигналов для одного направления вращения, три чувствительных элемента 14-16 для формирования сигналов противоположного направления вращения и вращающийся сигнальный элемент 17. Секции 4-6 якорной обмотки синхронной машины имеют общую клемму, которая через управляемый контактор 18 подключена к плюсовой клемме источника 19 электрической энергии. Свободные клеммы 4-6 подключены к коллекторным выводам транзисторов 8-10 соответственно, змиттерные выводы которых объединены и подключены к минусовому выводу источника 19 электрической энергии. Базовые выводы транзисторов связаны с чувствительным элементом датчика 3 положения индуктора. Базовый вывод транзистора 8 связан с чувствительными элементами 11 и 14, базовый вывод транзистора 9 с чувствительными элементами 12 и 16, а базовый вывод транзистора 10 с чувствительными элементами 13 и 15. Цепи питания чувствительных элементов 11-13 через нормально Зс1мкнутый контакт 20 переключателя 21 реверса подключены к первому вспомогательному источнику 22 питания. Цепи питания чувствительных элементов 14-16 через нормально разомкнутый контакт 23 переключателя 21 реверса подключены к второму вспомогательному источнику 24 питания. Переключатель 21 реверса содержит катушку 25 управления, которая через управляемый контактор 26 подключена к вспомогательному источнику 27.

Управляющий вход контактора 26 может быть связан с информационны1 1 выходом 28 тахометрического устройства 29 с вращающимся индуктором 30 и дополнительно через логический блок (не показан) может быть подключен к информационному выходу датчика потребляемого тока, в качестве которого может быть использован контактор 18, имеющий конечную величину активного сопротивления во включенном состоянии. Индуктор 7 синхронной машины 1, сигнальный элемент 17 датчика 3 положения индуктора и индуктор 30 тахометричес кого устройства 29 установлены на общем валу.

Рассмотрим работу устройства для случая, когда число пар полюсов синхронной машины р 1, а угловой размер ( сигнального элемента 17 датчика 3 положения индуктора выбран из условия работы транзисторов с перекрытием, равным 2iд . Чувствительные элементы формируют сигналы на включение транзисторов, если они перекрыты сигнальным элементом 17 датчика 3.

Рассмотрим работу устройства в режиме управления оператором, что возможно для инерционных электродвигателей. В исходном состоянии замкнут нормально замкнутый контакт 20 и разомкнут 23, что соответствует Зёщанию на вращение вентильного электродвигателя по часовой стрелке и разомкнутому состоянию контактора 26. Пусть, в вентильном электродвигателе имеет место отказ, эквивалентный неисправности типаобрыв ключа преобразователя частоты. К такому виду неисправности могут быть отнесены обрыв цепи эмиттер - коллектор транзистора, например 8, любой обкжав в цепи секция 4 якорной обмотки - транзистор 8, любой обрыв в управляющей цепи транзистора 8 и др. Включением KOHTai Topa 18 подается команда на двжение индуктора вентильногр электродвигатёля в заданном направлении, в чанном случае по часовой стрелке.

На фиг. 2 d представлены эпюры напряжений на чувствительныхэлементах и токов через транзисторы 8-10, поясняю{цие порядо|с переключения транзисторов при вращении индуктора 7 по часовой стрелке, на фиг, 2S - то же, для случая вращения индуктора против часовой стрелки. Направления осей абсцисс приняты вэаимно противоположными для иллюстрации противоположных направлений вращения электродаигателя. Заштрихованные эпюры иллюстрируют отказ в вентильном электродвигателе - обрыв транзистора 8. Бели индуктор 7 вентильного электродвигателя в момец т включения контактора 1.8

занимает любое положение, вне углового интервала, обозначенного ос , то к источнику 19 электрической энергии подключена одна из секций 5(6} Или их комбинация. Вентильный электродвигатель развивает вращающий момент и индуктор 7 может запуститься если вращающий момент, созданный включенными секциями, достаточен для того, чтобы индуктор 7 проскочил угловой интервал ti по инерции. При этом оператор в момент включения фиксирует наличие тока, потребляемого вентильным электродвигателем,и наличие сигнала о вращении вентильного электродвигателя с информационного выхода 28 тахометрического устройства 29. Осуществляется запуск вентильного электродвигателя.

Если в момент включения контактора 18 индуктор 7 вентильного электродвигателя занимает любое положение в угловом интервале, обозначенном об I то индуктор 7 вентильного электродвигателя остается в состоянии покоя, так как секция 4 не может быть подключена к источнику 19 из-за обрыва транзистора 8. Оператор фиксирует на информационном выходе датчика тока (контактор 18) отсутствие тока, потребляемого вентильным электродвигателем, и отсутт ствие сигнала о вращении вентнльйого электродвигателя. Это служит оператору информацией о том, что необходимо по цепи питания датчика 3 положния индуктора подать команду иа движение индуктора 7 в противоположиом направлении. Для этого оператор включает контактор 26, нормально эамкиутый контакт 20 размыкается, а нормально разомкнутый контакт 23 замыкается. Этой операцией осуществляется подача команды на реверс. Первый вспомогательный источник 22 отключается, а второй вспомогательный источник 24 подключается к чувствительиым элемеитс1м 14-16. Из эпюр нёшряжеиий (фиг. 2S ) видио, что в этом случае (индуктор 7 находится в угловом иитервале 00 ) включен одии из нормально функционирующих траизисторов 9(10) / или их комбиигщия. К источнику 19 электрической энергии подключена одна из секций 5(6) или их комбинация. Вентильный электродвигатель развивает вращажяций момеит и индуктор 7 перемещается в направлении, противоположном заданнш у (против часовой . стрелки). Определим, на какой yroncf нужно переместить иидуктор 7 с тем, чтобы после подачи команды на движение индуктора 7 в заданием направлении пуск вентильиоро электродвигателя оказало in успешным. Необходиквлм, но недостаточным для всех условий эксплуатации условием успешного пусг ка является вывод индуктора 7 из зоны об . Учитывая, что индуктор 7 может, занимать любое положение в зоне tf , для искомого угла получим .2,..c,.., где m - секций якорной обмот т-2 синхронной машины; Oti-oi-- относительная величина угл перекрытия последовательно работающих ключей. Учитывая, что.число пар полюсов синхронной машины может быть отлич но от единицы и что электромагнитные процессы в вентильном злектродвигателе икюют повторяемость на каждом периоде, окончате,т1ьно для искомого угла if получим т(., где k 0,1,2... - целое число. Индуктор 7, перемещаясь в направ лении, противоположном заданному, неизбежно пЬйадет в зону /9 , в кото рой потребляемый вентильным электродвигателем ток становится равным нулю, так как в это;й зоне секция 4 оказывается неподключенной к источник/ 19 электрической энергии, поскольку управляющий сигнал погтупаена отказавший транзистор 8, Отсутствие потребляемого тока может служить информацией оператору на подачу команды на движение индуктора 7 в заданном направлении, для чего он размыкает контактор 26. Контакты 20 и 23 возвращаются в нормальное состояние. Из эпюр напряжений (фиг. 20 ) видно, что в этом случае (индуктор 7 находится в угловом интервале р ) включен один из нормально функционирующих транзисторов 9(10) или их комбинация. К источнику 19 электрической энергии подключена одна из секций 5(6) или их комбинация. Вентильный электродвигатель развивает вращающий момент и индуктор 7 перемещается в заданном направлении. Таким образом, введение дополнительных операций реверса, перемещеиия индуктора 7 на угол 9 и повторного реверса позволяют осуществить пуск вентильного электродвигателя в аварийной ситуации при отказе, эквивалентном неисправности типа обрыв ключа преобразователя частоты. Вероятность пуска вентильного электродвигателя, содержащего такую неисправность , составит приблизительно 0,95 против 0,75 для известного вентильного электродвигателя.

СПОСОБ АВАРИЙНОГО ПУСКА В ЗАДАННОМ НАПРАВЛЕНИИ ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащего синхронную машину, управляемую от преобразователя частоты по сигналам датчика положения индуктора,, при КОТОРСЯ4 подают команду на движение индуктора в заданном направлении за счет открытия ключей преобразователя частоты в определенной комбинации, контролируют неподвижное состояние индуктора, затем подают команду на управляющие цепи ключей преобразователя частоты, обеспечивающую другую комбинацию их включения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности пуска при отказе в вентильнсм электродвигателе, эквивалентное ненсправ ности типа обрыв ключа преобразователя частоты, команду подают на движение индуктора в противоположном направлении, обеспечивающую перемещение индуктора на угол f , причем (-, где тир - числа секций и пар полю- § сов синхронной машины) а - относительная величина перекрытия последоват но работающих ключей преобразователя частоты ,l,2... целое число, после чего подают команду на движение индуктора в заданнсмм направлении.