Способ управления вентильным электродвигателем Советский патент 1986 года по МПК H02P6/12 

Изобретение относится к эдектро- технике и может быть использовано в вентильных электроприводах,

Целью изобретения является повышение надежности работы при неисправности типа обрыв диода обратного моста о

На фиг, 1 изображена схема силовой части вентильного электродвигателя с двухполупериодным преобразователем частоты и трехсекционной обмоткой якоря электрической-машины; на фиг.2 - эпюры напряжений на элементах схемы на фиг Л в нормальном режи1.1е работы; на фиг, 3 - то же, в аварийном режиме работы при обрыве диода обратного моста для одного направления вращения вентильного электродвигателя; на фи1 , 4 - то же рдя противоположного направления вращения вентильного электродвигателя; на фиг о 5 - пример реализации способа управления вентильным электродвигателем.

Совокупность операций предлагаемого способа рассмотрена на примере управления вентильным .электродвигателем с двухполупериодным преобразователем частоты и трехсекцн:онной обмоткой, якоря электрической машины, схема силовой части которого изображена на фиг Л о Вентильный электродвигатель содержит электрическую ма- щину 1, двухполупериодный преобразователь 2 частоты и датчик 3 положения ротора. Электрическая машина 1 содержит три секции 4-6 обмотки якоря и вращающийся индуктор (ротор) 7j установленный на валу 8, на котором размещен также датчик 3 положения ротора Двухполупериодный преобразователь , 2 частоты вьшолнен на шести ключах (транзисторах) 9-14 и шести диодах 15-20 обратного моста 21, связанного с ключами 9-14 через измерительные резисторы 22 и 23. Преобразователь 2 частоты под1ключен к источнику питания (не показан), Датчик 3 положения ротора формирует управляющие сигналы для открытия ключей 9-14 двухполупериодн:ого преобразователя 2 частоты, Нал:ичие напряжения на ключах (диаграммы на фиг 2-4) свидетельствует о том, что этот ключ открыт, ,

Устройство для управления вентильным электродвигателем, в котором

5

реа,пизован предлагаемый способ, показано на фиг. So

Для управления выбран тот же вентильный электродвигатель 5 который

изображен на фиг. причем одни И те же элементы на фиг,1 и 5 -обозначены одинаковьЕ«1и позициями. Устройство для управления содержит также измерители 24-29 перенапряжений на

ключах 9-14 двухполупериодного преобразователя 2 частоты блоки 30-35 повторного включения ключей 9-14 и устройство 36 для отключения секций обмотки якоря электрической машины

5 от источника питания на время., равное длительности протекания коммутационного времени. Устройство та1сже содержит дополнительный исто-чник 37 пита1 ия дат-чика 3 положения индукто0 ра два нуль-органа 38,39, RS-триг- гер 40 стабилитроны 41--493 источник 1 единичного сигнала и блок 50 формирования сигналов управления с Измерители 24-25 (26-27; 28-29) перенапряжений попарно с помощью трех стабилитронов 41-43 (44-46; 47-49) подключены к двум ключам 12--9 (10-13; 14-1.) преобразователя 2 частоты,об- разунэпщм его ветвь. Измерители пере- напрялсений выполнены в ви,це реле,, например ,элекТРОЙНЫХ;; и поэтому соответственно обозначены Р2-Р7, Источник 5 единичного сигнала подключен через нервые нормально разомкнутые контакты Р2.1-Р7,1 указанных измерителей Р2-Р7 (24-29) перенапряжений к 3-входа.м RS-триггеров 30-35, на базе которых выполнены блоки 30-35 пов- торного включения ключей 9-14, а через вторые нормально разомкнутые контакты Р2,2-Р7„2 измерителей Р2-Р7 (24-29) перенапряжений - к S-входу RS-триггера 40, R-входы всех RS-триггеров 30-35 и 40 объединены и подключены к объединенным выходам нуль- органов 38,39, подключенных входаг ш к измерительньм резисторам 22,23. Выход каждого RS-триггера 30 (31-35) подключен к управляющему входу кшо0 ча 9 (12,13,10,11,14) преобразователя 2 частоты. Выход RS-TpHr;repa 40 подключен к входу устройства 36 для отключения секций обмотки якоря электрической машины, выполненного

5 на базе реле Р1, например электронного, через нормально замкнутые контакты Р1,1 которого дополнительный источник 37 питания подключен к дат5

0

5

чику 3 положения ротора. Многоканальный выход датчика 3 положения и дуктора череа блок 50 формирования сигналов управления подключен к управляющим цепям ключей 9-1А преобразователя 2 частоты. Формы выполнени реле Р1-Р7 и нуль-органов 38,39 несущественны с точки зрения функционирования устройства.

На фиг. 2 диаграммами иллюстрируется известный способ управления исправным вентильныь: электродвигателем, согласно которому периодически подключают к источнику питания и отключают от него комбинации секций 6-5, 6-4, 5-4, 5-6, 4-6, 4-5 обмотки якоря электрической машины с помощью ключей 9-14, 9-10, 11-ГО, 11-12, 13-12, 13-14 двухполупериод- кого преобразователя 2 частоты и контролируют длительность Ч протекания коммутационного тока через диоды 15-20 обратного моста 2 и измерительные резисторы 22-23, момент отключения ключа 14 и включения ключа 10 при включенном ключе 9 (фиг,2) для отключенной комбинации секций 6-5 за счет возникающей электродвижущей силы (ЭДС) самоиндукции организуется разомкнутьш электрический контур по элементам 6-5-17-22-9-6, в котором протекает коммутационный ток за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций обмотки якоря. При отключении других ключей организуются другие электрические контуры для замыкания ЭДС самоиндукции.

Предположим, что в процессе работы вентильного электродвигателя произошел обрыв диода 17 обратного моста 21, В этом случае (фиг.З) в момент отключения ключа 14 и включения ключа 10 при включенном ключе 9 возникает ЭДС самоиндукции за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций 6-5 обмотки якоря. Однако из-за обрыва диода 17 замкнутого электрического контура не организуется. На секциях 6-5 возникает ЭДС самоиндукции, которая через открытый ключ 9, суммируясь с напряжением источника питания, прикладывается к закрытому ключу 14, в результате чего ключ 14 может быть пробит. О возможности измерения возникающего перенапряже46264

ния на ключе 4 в момент его отключения с помощью конкретных средств будет подробно сказано ниже, а сейчас, , что измерение указан 5 кого перенапряжения осуществлено. Это является Т1нформацией для изменения алгоритма работы вентильного электродвигателя лля исключения пробоя ключа (транзистора) 14. Соглас- 10 по предлагаемому способу надо повторно включить указа п1ый ключ 14, т,е. тот ключ, которьгй был перед этим отключен и на котором возникло перенапряжение, а секции обмотки SS якоря электрической машины отключить от источника питания, например, отключив ключи 9 и 10. В этом случае организуется зa sкнyтый электрический контур 6-5-14-23-18-6, в кото- 20 ром протекает коммутационньп ток за счет энергии, запасенной в индуктий- HocTi-i отключаемой комбинации секций 6-5 обмотки якоря. При этом перенапряжение, возникшее на ключе 14, ис- 25 чезает. Согласно предлагаемому спо- собу длительность включенного состояния ключа 14 и соответственно время ртключения секций 4-6 обмотки якоря электрической машины устанавлива- 0 ют равньм длительности f протекания коммутационного тока через диод 18 обратного моста 21. Длительность i-j протекания коммутационного тока можно контролировать с помощью измери- - тельного резистора 23. Как только ком 1утациопньш ток станет равным нулю, восстанавливают периодическое подключение (в рассматриваемьй момент с помощью ключей 9,10) к источ- 0 нику питания и отключению от него комбинаций секций обмотки якоря электрической машины. Та КИМ образом, для вентильного электродвигателя5 в- котором

5 возникла неисправность типа обрыв диода обратного моста, устанавлива-. ется следу ощ11й измененный алгоритм работы ключей двухполупериодного преобразователя частоты; 9-14, 9-10,

0 14, 9-10, 11-10, П-12, 13-12, 13-14. При вращении вентильного электродвигателя в противоположную сторону предлагаемый способ управления не из меняется. Этот случай иллюстрир5 ет5 ся диаграммами на фиг.4. При отключении ключа 14 и возникновении на нем перенапряжения, этот ключ повторно включается на время протекания

$

коммутационного тока, а секции 4-6 обмотки якоря отключаются от источника питания. При оборванном диоде 17 ком1 1утационный ток при .повторном включении ключа 14 замыкается через диод 16, а для вентильного электродвигателя устанавливается следующий алгоритм работы ключей преобразователя частоты: 9-10, 9-14, 13-14, 13-12, 14, 13-12, 11-12, 11-10.

Таким образом, описанный способ управления вентильным электродвигателем при обрыве диода обратного моста обеспечивает функционирование электродвигателя, однако с несколько ухудшенными электромеханическими характеристиками за счет того, что в течение времени, за которое индуктор вентильного электродвигателя повернется на угол Ч, , электродвигатель будет отключен от источника питания . Вращающий момент электродвигателя на этом временном интервале будет создаваться только за счет коммутационного тока. Величина угла Ч - Н , для магнитоэлектрических машин не превышает (0,3-0,4)о(.5 где оС 1- угол коммутации; m - число секций обмотки якоря электрической машины.

Примем, что исправный вентильный электродвигатель развивает мощность Р . Тогда мошрость 7 , которую развивает неисправный вентильный элект- родвигатель, равна

Р (1 2z3io 4 р

Н 9„, и1

2ю

для m 3 получим

Р„ (0,95гО,93) Р.

Таким образом, неисправный вентильный электродвигатель с предлагаемым способом управх1ения обеспечивает нормальную работу при обрыве диода обратного моста. При этом он развивает мощность всего на 5-7% меньшую, чем исправный электродвигатель.

Возможность технического осуществления способа управления вентильным электродвигателем показана на фиг,5,

Устройство для управления вентильным электродвигателем работает следующим образом.

При исправных диодах 15-20 обратного моста 21 перенапряжений на клю462646

чах преобразователя 2 частоты не возникает,, измерители 24-29 перенапряжен™ не срабатывают, нормально ;замкнутьш контакт Р1.1 реле Р1 под- 5 ключает к дополнительному источни- )ку 37 питания датчик 3 положения ро- ,тора,, который через блок 50 формирования сигналов управления управляет ключггми преобразователя 2 частоты, 10 Вентильньш электродвигатель работает в нормальном режиме, который показан диаграммами на фиг.2. В случае обрызза одного из диодов, например 17 обратного моста, согласно изобретя тенилэ изменяется алгоритм работы вентильного электродвигателя. В момент отключения ключа 14 и включе- ьшя ключа 10 при включенном ключе 9 , возникает ЭДС самоиндукции за счет 20 энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций 6-5 обмотки якоря, Указанная ЭДС самоиндукции, суммируясь с напряжением ,исто ч:ника питания 5 прикладыва- ется к закрытому ключу 14, Стабилитрон 48 пробивается, измеритель 28 (Р6) перенапряжений срабатывает и замыкает свои первый Р6.1 и второй Р6.2 нормально разомкнутые контакты. 0 RS-триггеры 35 и 40 срабатывают и подключают источник 1 единичного сигнгша: первый (35) - на управляющий вход ключа 14 преобразователя 2

часто7Ъ1, а второй (40) - к устройст5 ву 36 (Р1) для отключения секций обмотки якоря от источника питания. Нормально замкнутые контакты Р.1. размыкаются, дополнительный источник 37 питания отключается от датчиО ка. 3 положения ротора и на его выходе исчезают управляющие сигналы. Все ключи преобразователя 2 частоты за исключением ключа 14, на управляющий вход которого с RS-триггера 35

5 подан отпирающий сигнал, размыкаются и секции обмотки якоря отключаются от источника питания. При включении ключа 14 организуется замкнутый электрический контур 6-5-14-23-18-6, в котором протекает коммутационный ток за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секции 6-5 обмотки якоря. При этом перенапряжение, возникшее на ключе

5 14, исчезает и следовательно, не может достичь напряжения пробоя ключа 14. Однако ключ 14 остается включенным, поскольку триггер управляю0

7

щим сигналом по S-входу установлен в состоянии логической единицы. По измерительному резистору 23 протекает коммутационный ток, в момент равенства нулю которого нуль-орган 39 срабатывает и своим выходным сигналом по R-входам переводит RS-тригге- ры 35 и 40 в состояние логического нуля. Ключ 14 отключается, а нормально замкнутый контакт Р1,1 реле PI подключает датчик 3 положения ротора к дополнительному источнику питания. На выходе блока 50 формирования сигналов управления восстанавливаются сигналы управления, соответствующие тому угловому положению индуктора электрической машины, в котором когфг/тационный ток стал равным Hyjno, Для вентильного электродвигателя, восстанавливается нормальный алгоритм управления до очередного отключения ключа 14, при котором описанные выше процессы повторяются. При выходе из строя любого другого диода, например 18 обратного моста, каждый раз будут срабатывать реле РЗ и Р1, обеспечивающие отключение секций обмотки якоря от источника питания и включение ключа 9 для ор- гаьшзации замкнутого электрического контура дпя протекания коммутационного тока.

Данное устройство является не единственным и показывает лишь принципиальную возможность реализации предлагаемого способа управления.

Эффективность применения изобретения увеличивается с ростом мощности вентильного электродвигателя, поскольку существенно возрастает энергия, запасенная в индуктивности

462648

отключаемой секции, и перенапряжения, возникающие при обрыве диода обратного моста, могут стать значительными. 5 Тактш о.бразо;м, изобретенке позволяет повысить наделсность работы вентильного элсктродЕигателя при обрыве диода обратного моста дз ухпози- щюнного преобразоватапя частоты. 10

Формула изобретения

Способ управления вентильньм электродвигателем, согласно которому 15 периодически подключают к источшгку питания и oтклIO Iaют от него кембк- нащш секций обмотки якоря электрической машины при помощи юпочей полупериодного преобразователя час- 20 тоты и контролируют длительность протекаш-1я коммутационного тока через диоды обратного моста указанного преобразователяS о т л и ч а ю - щ и и с я тем, что, с целью повьше5 Ш1Я надежности Б работе при неисправности типа обрыв диода обратного моста, фиксируют возникновение пе ренапряженю на ключах двл хлолупе- риодного преобразователя частоты и

0 момент их отключения, повторно, включают ключи, а секции обмотки якоря электрической, машины отключают от источника питания, устанавливают длительность включенного состояния

5 ключей равной длительности протекания коммутационного тока через диоды обратного моста, после чего восстанавливают периодическое подключение к источшгку питания и отк.точение от него комбинаций секций обмотки якооя электснческой машины. I

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления вентильным электродвигателем. Цель изобретения - повышение надежности в работе при неисправности типа обрыв диода обратного моста. Способ управления состоит в том, что при помощи ключей двухполупериодного преобразователя частоты (ДПЧ) периодически подключают к источнику питания и отключают от него комбинации секций обмотки якоря электрической машины. Контролируют длительность протекания коммутационного тока через диоды обратного моста ДПЧ. Фиксируют возникновение перенапряжений на ключах ДПЧ в момент их отключения. Повторно включают эти ключи, а секции обмотки якоря отключают от источника питания. Устанавливают длительность включенного состояния ключей, равной длительности протекания тока через диоды обратного моста. После этого вновь осуществляют периодическое подключение к источнику питания и отключение от него секций обмотки якоря. Таким образом, при обрыве диода обратного моста снятие перенапряжения с соответствующего ключа обеспечивается образованием электрического контура для замыкания ЭДС и протеканием коммутационного тока через диоды обратного моста за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций обмотки якоря. 5 ил. i 1C 4 Од ю

Фиг.2

Фаг.3

J

fl

JV

-.4Uf;

йЛ;

.. 257

Г

J

ft/f

2ff

j

i

oJt

UJJ u)t

Редактор А.Ворович

Составитель АоБабак Техред Н.Бонкало

Заказ 4015/50 Тираж 63 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-355 Раушская наб„, До4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород,, улЛТроектнаЯр 4

Корректор 31оПклипенко