Вентильный электродвигатель Советский патент 1987 года по МПК H02P6/12 

20

25

11325632

Изобретение относится к электротехнике и может быть нспользовано в вентильных электроприводах, например в вентильт 1х электроприводах авиа- ционных механизмов.

Цель изобретения - повьт1ение на- дежнос т работы вентильного электродвигателя при возникновении в процессе работы неисправности типа обрыв ig диода моста обратного тока двухполу- пepиo J,нoгo преобразователя частоты,

Иа фиг«1 изображена блок-схема вентильного электродвигателя с двух- полупериодным преобразователем часто- щ ты и секционной обмоткой якоря; на фиг.2 - функциональная схема датчика обрыва диода обратного моста; на фиг.З функциональная схема вентильного электродвигателя с трехсекцион- ной обмоткой якоря электрической машины и двухполупериодным преобразова телем частоты; на фиг„4 - функциональная схема вeнт шьнoгo электродвигателя с трехсекционной обмоткой якоря электрической машины; на фиг.5 эпюры напряжений и токов на элементах двухполупериодного преобразователя частоты в нормальном режиме ра- ботыэ на фиг.6 - то же, в аварийном режиме работы при обрыве диода обрат ного моста; на фиг,7 - диаграммы напряжений элементов схемы фиг.2 и 3 в аварийном ре;киме работы при обрыве диода обратного моста для одного на- прагшения вращения вентильного элект родвнгателя; на фиг,8 - то же, в нормальном режиме работы для противопо- лолшого направления вращения.

Вентильный электродвигатель (фиг.Л содержит электрическую машину ционной.обмоткой 2 якоря, подключенной к выходу двухполупериодного преобразователя 3 частоты с 2т ключами и 2т диодами обратного моста 4, Дат- 45 чик 5 положе1шя индуктора, п выходов которого связаны с входами 2т ключей преобразователя 3 частоты через 2т- канальный блок 6 форьшрования сигнаов управления, 21п-канальный блок 7 50 формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервае ключами с п информационными и од- ним управляющим 8 входами, 2т переключателей 9 с управляющими 10 и дву- gg я информационными 11 и 12 входами каждый, датчик 13 обрыва диода обратого моста, входы которого связаны с иодным обратным мостом 4, выход 14

30

... 35

) 40

кот .рав лей го рав ном чик та, под жен вьк ван нал лов мут чен вто i-r го обр

мос мут пер с у вхо пер дио тор Мут го пы дат ног яко ног дом мос ду ния ми чам чев вхо дат

сиг ком (фи бло m и тел сов ным тор вхо дам тов

20

25

ig

щ 4550 gg

30

35

40

которого подкточен к объединенН| 1м уп- .равляющим входам И 2т переключателей, управляющий вход 8 2т-канально го блока 7 формирова1гия сигналов управления отключаемыми на ког тутацион- ном интервале кпючами связан с датчиком 13 обрыва диода обратного моста, а его п информационь-ых входов подключены к выходам датчика 5 положения индуктора, соответственно i-e вькоды 2т-кан,ального блока 6 формирования сигналов управления и 2т-ка- нального блока 7 формирова1-шя сигналов управления отключаемьп ш на коммутационном интервале ключами подключены соответственно к первому 11 и второму 12 информационным входам i-ro переключателя 9, выход которого подключен к входу i-ro ключа преобразователя 3 часто1Ъ1„

Датчик 13 обрыва диода обратного моста (фиг,2) содержит датчик 15 коммутационного интервала, датчик 16 перенапряжения и ключевой элемент 17 с управляющим 18 и информационнъм 19 входами, выход 20 которого является первым выходом 14 датчика 13 обрыва диода обратного моста, входами которого служат входы датчика 15 ком- Мутационного интервала, подключенного в анодную 21 и катодную 22 группы диодов обратного моста и m входов датчика 16 перенапряжения, подключенного к выходу т-секционной обмотки 2 якоря. Выход датчика 6 коммутационного интервала является вторым выходом 23 датчика 13 обрыва диодного моста и подключен к управляющему входу 8 2т-канального блока 7 формирования сигналов упраш1:ения отключаемыми на коммутационном интервале ключами и информационном входу 19 ключевого элемента 17, управляющий вход 1В которого подключен к выходу датчика 16 перенапряжения.

2т-канальньш блок 7 формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами (фиг.З) содержит двухканальный блок 24 памяти с тактируемым 25 и m информационными входами, формирователь 26 задержанных тактовых импульсов с управляющим 27 и п информационными входами и 2пт-канальный дешифратор 28 информационных сигналов, п входов которого объединены с п входами формирователя задержанных тактовых импульсов соответственно, и

являются информационными входами 2т-канального блока 7 формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами,

1г,управляющим входом о которого слухсит управляющий вход 27 формирователя 26 задержанных тактовых импульсов, 2т выходов блока 24 памяти служат выходами 2т-канального блока 7 формирова ния сигналов управления отключаемым на коммутационном интервале ключами, выход формирователя 26 задержанных. тактовых импульсов подключен к тактируемому 25 входу двухканального блока 24 памяти i-й информационньп вход которого связан с i-м выходом 2т-канального дешифратора 28 информационных сигналов,

В вентильном электродвигателе п-канальный датчик 5 положения индуктора может дополнительно содержать п-канальное реле 29 реверса, управляющий вход 30 которого подключен к выходу 31 задатчика 32 направления вращения, 2т-канальный блок 7 формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами дополнительно снабжен первым 33 и вторым ЗА 2т-канальными коммутато- рами с управляющим и 2т информационными входами каждый и инвертором 35, вход которого объединен с управляющим входом первого коммутатора 33, является вторым управляющим входом 36 2т-канального блока 7 формирования сигналов, управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами и подключен к выходу 31 задатчика 32 направления вращения, выход инверто- pa 35 подключен к управляющему входу второго 2т-канального коммутатора 34 i-e выходы 2т-канальных коммутаторов 33 и 34 объединены и подключены к i-му входу 2т-канального блока 24 памяти, i-й выход 2т-канального дешифратора 28 информационных (Сигналов подключен к i-му входу первого 33 и (i-l)-My входу второго 34 коммутаторов, образуя по подключениям второго 34 коммутатора кольцевую схему.

Датчик 13 обрыва диода обратного моста для вентильного электродвигатели показан с т-секционной обмоткой 2 якоря и двухполупериодным преобразователем 3 частоты (фиг.2), Датчик 15 коммутационного интервала содержит два измерительных резистора 37 и 38, включенных соответственно в анодную 21

, -: g

0 5| о ; Q g

5

и катодную 22 группы диодов обратного моста и нуль-органы 39 и 40. Выходы последних объединены и служат выходом датчика 15 коммутационного интервала. Выходы резисторов 37 и 38 подключены к входам нуль-органов 39 и 40, которые могут быть реализованы на операционных усилителях 3.

Датчик 16 перенапряжения выполнен на m стабилитронах 41, собранных в звезду и подключенных к выходу т-секционной обмотки 2 якоря, (т-1) измерительном резисторе 42, выходы которых объединены и подключены к выходу нуль-органа 43, выход которого является выходом датчика 16 перенапряжения. Измерительные резисторы 42 включены в анодные цепи стабилитронов 41. Ключевой элемент 17 выполнен на RS- триггере 44 и логическом элемен- ; те И 45 с прямым и инвертирующим входами. Вход Установка единицы RS- триггера 44 и инвертирующий вход элемента И 45 объединены и являются управляющим входом 18 ключевого элемента 17, информационным входом 19 которого служит прямой вход логического элемента И 45, выход которого подключен к входу Установка нуля RS-триг- гера 44, выход которого является выходом 20 ключевого элемента 17.

На фиг.З показан вентильный электродвигатель с трехсекционной обмоткой 2 якоря электрической машины и трехканалъным датчиком 5 положения индуктора. Двухполупериодный преобразователь 3 частоты выполнен на шести ключах (транзисторах ) 46-51 и шести диодах 52-57 обратного моста 4. Датчик 5 положения индуктора снабжен трехканальным .реле 29 реверса, которое может быль выполнено на основе логических схем, например, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Датчик 13 обрыва диода обратного моста вьтолнены аналогично представленному на фиг.2, при этом количество стабилитронов 41 и измерительных резисторов 42, входящих в сослав aт- чика 16 перенапряжения, равно соответственно трем () и двум (т-1 2). Дешифратор 28 информационных сигналов вьтолнен на базе нестроби- руемого дешифратора 58 трехразрядного двоичного кода, входы и выходы которого служат соответственно входами и выходами дешифратора 28 информационных сигналов.

513

Формирователь 26 задержанных тактовых импульсов, соц е.ржит лог ический элемент 59 Мажоритарность, три входа которого являются информационны входами формирователя 26 задержанных тактовых импульсов, два формирователя 60 импульсов, входы которых, первого - непосредственно, а второго - через инвертор 61, подключены к выходу элемента 59 Мажоритарность, RS-триггер 62, инверсный выход которого является выходом формирователя 26 времязадающую цепь 63 и логический элемент И 64 с прямым и инвертирующим входами. Инвертирующий вход эле- мента И 64 подключен к объединенным выходам формирователей 60 импульсов и входу Установка единицы RS-триг- гера 62, вход Установка нуля которого подключен к выходу логического элемента И 64, прямой вход которого подключен к выходу времязадающей цепи 63, вход последней является управляющим входом 27 формирователя 26 задержанных тактовых импульсов,

Блок 24 памяти выполнен на двух логических схемах 65 и ббэВыполняе- мых функцию счетверенного тактируемого D-триггера. Тактируемые входы логических схем 65 и 66 объединены и являются тактируемым входом 25 блока 24 памяти, входами и вь ходами которого слзгжат соответственно входы и выходы логических схем 65 и 66. В данном случае у логической схемы 66 задействованы только два входа и соответствующие им два выхода.

Коммутаторы 33 и 34 реализованы на ключах 67 с управляющим входом.

Переключатель 9 выполнен на логи- ческой схеме 2-2И-2Ш1И 68 и инверторе 69, вход которого, объединенный с вторым входом второго элемента И, является управляющим входом 10 переключателя 9, первым 11 и вторым 12 информационными входами Kotoporo служат соответственно первые входы первого и второго элементов И, выход инвертора 69 подключен к второму входу первого элемента И логической схе- мы 2-2И-2ИЛИ 68, выход которой служит выходом переключателя 9.

На фиг,4 показан вентильный электродвигатель с трехсекционной обмот- кой 2 якоря и щестиканальным датчиком положения индуктора. Преобразователь 3 частоты выполнен аналогично представленному на фиг.З на шести

326

ключах A6-.S1 и шести диодах обратного моста 4.

В конкретном cjiyMiie датчик 13 обрыва диода обратного моста содержит три вариатора 70, собранные в звезду и подключенные к трехсекционной обмотке 2 якоря, два измерительных резистора 71, выходы которых объединены и через выпрямитель 72 подключены к выходу регенераторного компаратора 73, выход которого является выходом датчика 13 обрыва диода обратного моста. Регенераторный компаратор 7 может быть выполнен, например, на основе операционных усилителей.

Блок 7 формирования сигналов уп- равления отключаемыми на коммутационном интервале ключаМ содержит 2т- канальный блок 74 памяти с тактируе- NbiM, управляющим и 2т информационными входами, формирователь 75 задержанных тактовых импульсов с информационными входами и 2т-канальный де- пшфратор 76 информацион Ъ х сигналов, п входов которого объединены с п входами формирователя 75 задержанных тактовых импульсов соответственно и являются информационными входами 2т-канального блока 7, управлягощнм входом 8 которого слуткит управляющий вход канального блока 74 памяти, 2т выходов которого служат выходами 2т-канального блока 7 формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами выход формирователя 75 задержанных тактовых импульсов подключен к тактируемому входу 2т-канального блока 74 памяти, информационный вход которого связан с i-M выходом 2га-ка- нального дешифратора 76 информационных сигналов. .

Дешифратор 76 информационных сигналов содержит тесть двухвходовых логических схем И 77, первьй вход i-й логической схемы И подключен к второму входу (i+1) логической схемы И, образуя по .указанным подключениям кольцевую схему, и является i-м входом дешифратора 76, выходами которого служат выходы логических схем И 77.

Фop иpoвaтeль 75 задержангшх так- TOBbix импульсов содержит три двухвхо- довые логических схеьы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 78 - 80, три одновибратора 81 - 83 на основе D-триггера, логические элементы 3 1-ШИ 84 и 3 ИЛИ-НЕ 85, ло- г ический элемент И 86 с прямым и ин- вертирующим входами и формирователь 87

10

71325632

импульса, выход которого объединен вым размером 2ii/mp /р, сдвину- с выходом логического элемента 3 ИЛИ- НЕ 85 и подключен к прямому входу логического элемента И 86, выход которого является выходом формирователя 75, информационный вход которого служит входом логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ-ИЛИ 78 - 80, входы которых подключены через одновибрато- ры 81 - 83 к входам логического элемента 3 ИЛИ-НЕ 85 соответственно и непосредственно к соответствующим входам логического элемента 3 ИЛИ 84, выход которого подключен к -входу фор-. вать длительность коммутационного ин- мирователя 87 импульсов, выполненно- тервала можно различным образом, например, с помощью датчика коммутационного тока, фиксирующего факт протекания коммутационного тока через диоды обратного моста или с помощью датчика, контролирующего прохождение индуктором электрической машины 1 с момента коммутации сектора с угловым

тые относительно друг друга на угол IT/mp по кольцевой схеме.

Датчик 13 обрыва диода обратного 5 моста при наличии в преобразователе 3 частоты неисправности типа обрыв диода обратного моста по факту наличия перенапряжения на ключах преобразователя 3 частоты формирует на своем выходе сигнал активного уровня, который сохраняется в течении интервала времени, определяемого длительностью комьгутационного интервала, Фиксирому на логических элементах. Инвертирующий вход логического элемента И 86 является управляющим входом формирователя 75 задержанных тактовых импульсов.

Блок 74 памяти содержит шесть тактируемых D-триггеров 88. Информационразмером не менее ci,, где d-, - максимальный для данного типа двигателя коммутационный интервал, , (0,2- 0,411)/тр для магнитоэлектрических машин.

ными входами и выходами блока 74 памяти служат соответственно информационные входы и выходы всех D-триг- геров 88, Тактируемые входы всех D-триггеров 88 объединены и являются тактируемыми входом 2т-канального. блока памяти.

Каждый переключатель 9 содержит три двухвходовых логических схемы И- НЕ 89 - 91 и инвертор 92, выход которого подключен к первому входу первой логической схемы И-НЕ 89, а вход объединен с первым входом второй ло гической схемы И-НЕ 90 и является уп25

размером не менее ci,, где d-, - максимальный для данного типа двигателя коммутационный интервал, , (0,2- 0,411)/тр для магнитоэлектрических ма шин.

Блок 7 формирования сигналов управления отключаемыми на коммутацион ном интервале ключами при пуске двигателя и по окончании текущего коммутационного интервала на основании информации поступающей на его инфор- 35 мационные входы с п выходов датчика 5 положения индуктора формирует

30

равляющим 10 входом переключателя 9, сигнал управления ключом (транзистовыходом которого служит выход третьейР° Ь который будет отключен в конце

логической схемы И-НЕ 91, первьш иочередного межкоммутационного интервторой входы которой подключены к - Конкретное выполнение блока 7

выходу второй 90 и первой 89 логичес-Формирования сигналов управления отких схем И-НЕ, вторые входы которыхключаемыми на коммутационном интерявляются вторым 12 и первым 11 инфор-. ключами зависит от конструктив- мадионными входами переключателя 9

ного выполнения элементов вентильно- 45 го электродвигателя (фиг,3 и 4),

соответственно.

Датчик 5 положения индуктора, имеющий п каналов может быть, например, индуктивный с подмагничиванием или емкостной, В его п каналах форминого выполнения элементов вентильно- 45 го электродвигателя (фиг,3 и 4),

Переключатели 9 в соответствии с информацией, поступающей на управляющий вход, обеспечивают прохождение на входы ключей преобразователя 3

руются сигналы о положении индуктора 50 частоты сигналов либо с выходов бло- , электрической машины с числом пар по- формирования сигналов управле- люсов р и т-секционной обмоткой 2 ° выходов блока формироваякоря, смещенные друг относительно друга на угол 2 Ti/np,

Блок 6 формирования сигналов управления на основании информации, поступающей с п выходов датчика 5 положения индуктора, форьофует на своих 2т выходах сигналы управления с угло0

вым размером 2ii/mp /р, сдвину- вать длительность коммутационного ин- тервала можно различным образом, например, с помощью датчика коммутационного тока, фиксирующего факт протекания коммутационного тока через диоды обратного моста или с помощью датчика, контролирующего прохождение индуктором электрической машины 1 с момента коммутации сектора с угловым

тые относительно друг друга на угол IT/mp по кольцевой схеме.

Датчик 13 обрыва диода обратного моста при наличии в преобразователе 3 частоты неисправности типа обрыв диода обратного моста по факту наличия перенапряжения на ключах преобразователя 3 частоты формирует на своем выходе сигнал активного уровня, который сохраняется в течении интервала времени, определяемого длительностью комьгутационного интервала, Фиксиро

размером не менее ci,, где d-, - максимальный для данного типа двигателя коммутационный интервал, , (0,2- 0,411)/тр для магнитоэлектрических машин.

Блок 7 формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами при пуске двигателя и по окончании текущего коммутационного интервала на основании информации поступающей на его инфор- 35 мационные входы с п выходов датчика 5 положения индуктора формирует

30

. ключами зависит от конструктив-

ного выполнения элементов вентильно- 45 го электродвигателя (фиг,3 и 4),

Переключатели 9 в соответствии с информацией, поступающей на управляющий вход, обеспечивают прохождение на входы ключей преобразователя 3

ния сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами 5 (фиг,4 и 5),

Двухполупериодный преобразователь 3 ч.астоты обеспечивает в соответствии с сигналами, поступающими с выходов переключателей 9, цикличесг :ое подключение и отключенгге от источника питаний (не показанj комби- нап,ин секций обмотки 2 якоря электрической машины 1,

Работу вентильного электродвигателя с трехсекциониой обмоткой якоря () и трехканальным датчиком 5 положения индуктора, который снабжен трехканальным реле 29 реверса (фиг.З), поясняют диаграммы напряжений и токов (фиг.З - 8)5 позиции и индексы которых соответствуют нози- циям и порядковым номерам выходов узлов устройства.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

При подключении устройства к источнику электрической энергии и задании направления , например, вправо по сигналам датчика 5 положения индуктора к источнику питания в определенной, строго установленной последовательности, периодически подключаются и отключаются комбинации секций обмотки якоря. Пусть в первый момент (11,фиг.5-7) сигналами с выходов блока 6 формирования сигналов ун- равле шя включены транзисторы 46

Перенапряжение на ключах преобра зователя 3 возникает при коммутации в том случае, если разрывается кои- 15 тур, по которому при отключении клю ча преобразователя частоты замыкает ся коммутационный ток, обусловленны энергией, запасенной в индуктивност секций обмотки 2 якоря электрическо машины 1. При обрыве диода, наприме 52, при коммута1 1и с ключа 49 на

ключ 51, при открытом ключе 50 (t/, I , .

фиг.6) замкнутого электрического контура не образуются. На секциях 25 возникает ЭДС самоиндукции, которая через открытый ключ 50, сумьшруясь напряжением источника питания преоб разователя 3 частоты, прикладываетс к отключенному ключу 49. Б результа

20

И 51, При исправных диодах 52-57 об- 30 те чего ключ 49 может быть пробит.

Чтобы этого не произошло необходимо при появлении перенапрял ения (t) и менить алгоритм работы вентильного электродвигателя так, чтобы бьш орг

ратного моста, например, в момент tj отключения ключа 51 и включения ключа 47 при включенном ключе 46 (фиг.З, для- отключенной комбинации секций

обмотки 2 якоря за счет воз- 35 зован дополнителыши контур для

7 - 9 /., „2

никающей ЭДС самоиндукции организуется замкнутьп электрический контур 2 2,1 - 54 - 46 - 2, ., в котором протекает коммутационный ток, за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций обмотки якоря. При отключении других ключей (t., - t,) аналогичным образом ор- гаршзуются другие электрические контура для замыкания коммутационного тока, обусловленного ЭДС самоиндукции. Таким образом, токи секций при переключениях не меняются скачком, а следовательно, не создается условий для перенапряжений на переключающих элементах, в данном случае на ключах-46-51.

При пуске эле,ктродвигателя и в моменты коммутации в нормальном режиме работы перенапряжений на ключах преобразователя 3 частоты не возникает, на входы ключей 46-5 проходят сигналы с выходов блока 6 формирования сигналов управления. Сигнал с выхо40

протекания коммутационного тока. Д этого при появлении перенапряжения величина которого контролируется д чиком 13 обрыва диода обратного мо та, повторно включают ключ 49 (t-,) который был перед этим отключен и котором возникло перенапряжение, а секции обмотки 2 якоря электричес-к машины отключают от источника пита g 1ШЯ. При этом перенапряжение, возн кающее на ключе 49, исчезает (t-,).

Поскольку возможность возникнов ния перенапряжения на ключе 49 сущ ствует в течении всего коммутацион го интервала ( g) измененный ал ритм работы ключей преобразователя частоты сохраняется до окончания к мутационного интервала.

Таким образом, дл:я того, чтобы изменить алгоритм работы ключей пр образователя частоты с целью устра ния перенапряжений, необходимо в т чении текущего коммутационного инт вала иметь информацию о ключе, кот

50

55

25632

да А датчика 13 диода с брат- пого моста, порогогзое напряжение которого выбирается большим, чем напряжение источнтгка питания преобразова- Ь ,)

теля J частоты, отсутстг ует, поскольку ни суммарная противо-ЭДС секций, ни напряже1П1е источника питания преобразователя 3 частоты не могут про- 1Q бить noporoBfirii элемент, в данном случае стабилитроны 41 (фиг,2),

Перенапряжение на ключах преобразователя 3 возникает при коммутации в том случае, если разрывается кои- 15 тур, по которому при отключении ключа преобразователя частоты замыкается коммутационный ток, обусловленный энергией, запасенной в индуктивности секций обмотки 2 якоря электрической машины 1. При обрыве диода, например, 52, при коммута1 1и с ключа 49 на

ключ 51, при открытом ключе 50 (t/, I , .

фиг.6) замкнутого электрического контура не образуются. На секциях 25 возникает ЭДС самоиндукции, которая через открытый ключ 50, сумьшруясь с напряжением источника питания преобразователя 3 частоты, прикладывается к отключенному ключу 49. Б результа20

те чего ключ 49 может быть пробит.

Чтобы этого не произошло необходимо при появлении перенапрял ения (t) изменить алгоритм работы вентильного электродвигателя так, чтобы бьш орга зован дополнителыши контур для

протекания коммутационного тока. Для этого при появлении перенапряжения , величина которого контролируется датчиком 13 обрыва диода обратного моста, повторно включают ключ 49 (t-,), который был перед этим отключен и на котором возникло перенапряжение, а секции обмотки 2 якоря электричес-кой машины отключают от источника пита- 1ШЯ. При этом перенапряжение, возникающее на ключе 49, исчезает (t-,).

Поскольку возможность возникновения перенапряжения на ключе 49 существует в течении всего коммутационного интервала ( g) измененный алгоритм работы ключей преобразователя 3 частоты сохраняется до окончания коммутационного интервала.

Таким образом, дл:я того, чтобы зменить алгоритм работы ключей пребразователя частоты с целью устранеия перенапряжений, необходимо в теении текущего коммутационного интервала иметь информацию о ключе, кото

рый отключен в конце очередного меж- коммутацнонного интервала, поскольку в случае обрыва диода обратного моста к этому ключу приложено напряжение, равное сумме ЭДС самоиндукции, и напряжение питания преобразователя частоты,

В вентильном электродвигателе коммутация секций обмотки 2 якоря электрической машины 1 осуществляется по сигналам датчика 5 положения индуктора. Поэтому на основании анализа комбинации сигналов с выхода датчика 5 положения индуктора можно однозначно определить ключ, который отключен в конце очередного межкоммутационного интервала.

Рассмотрим работу блока формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами (фиг.З ). Дешифратор 28 информационных сигналов в соответствии с логическими уровнями сигналов, поступающих с выходов датчика 5 положения

индуктора, формирует сигнал на выхо- 25 очередно на одном из формироватеде, соответствующий паре ключей, включенных на данном коммутационном интервале. В зависимости от направ- ления вращения в конце текущего так-, та коммутации отключен один из двух включенных ключей. Так при наличии сигнала на выходе 1 дешифратора 28 в конце текущего такта коммутации при вращении вправо отключен ключ 46 (t-, фиг,7), а при противоположном направлений вращения - ключ 47 (t, фиг.8).Каждый из коммутаторов 33 и 34 пропускает без изменения сигналы, поступающие на его вход при наличии сигнала логической единицы на его управляющем входе. При наличии сигнала логического нуля на управляющем входе коммутаторов 33 и 34 независимо от сигналов на его входе на

выходе всегда имеется сигнал логичес- 45 формирователями 60 импульсов Г , кий нуль. На управлякяцие входы ком- и длительность задержки импульсов с мутаторов 33 и 34 при любом направ- выхода датчика контролируемого пара- лении вращения поступают инверсные метра tj выбираются не меньшей интер- сигнапы, поэтому один из них постоян- вала времени, в течение которого можно включен, а другой отключен. Для 50 ° изменить алгоритм работы ключей

преобразователя 3 частоты при появлении перенапряжения.

направления вращения, например, вправо (фиг.7) включен коммутатор 33, а для противоположного направления ,вращения (фиг,8) - коммутатор 34,

Таким образом, в начале очередно- 5 ступающего с выхода формирования 26 го такта коммутации на один из шести задержанных тактовых импульсов на входов блока 24 памяти поступает сиг- тактируемый вход 25 блока 24 памяПо переднему фронту сигнала, понад уровня логической единицы с угловым размером, равным току коммутации (IT/rn 60). Это означает, что однозначно определен ключ, который отключается в конце данного такта коммутации. Так при направлении вращения вправо при поочередном появлении сигналов на выходах 1 - 6 коммутатора 34, а следовательно, и на соответствующих входах блока 24 памяти отключены ключи 46-51 соответствен-

но.

Формирователь 26 задержанных тактовых импульсов (фиг.З) работает следующим образом.

В начале очередного такта коммутации меняется информация на выходе датчика 5 положения индуктора. На выходе логического элемента 50 Ма- рожитарность при смене тактов коммутации происходит изменение логического состояния на противоположное. На вход Установка единицы RS-триг- гера 62 каждый такт поступает им- пульсный сигнал логическая единица длительностью 7 , сформированный полей 60 импульсов. На инверсном выходе RS-триггера 62 появляется сигнал логического нуля. В конце очередного коммутационного интервала ток через

30 измерительный резистор, например, 38 при коммутации ключей 49, 51 и 47, спадает до нуля фиг.2 . На выходе 23 датчика 15 коммутационного интервала появляется сигнал логической едини3 цы, который с задержкой по времени Ч2 проходит на вход Установка нуЛя RS-триггера 62. На инверсном выходе RS-триггера 62 появляется сигнал логической единицы. Времязадающая

40 цепь 63 введена для исключения ложных срабатываний RS-триггера 62 при обрыве одного из диодов обратного моста 4 в течение коммутационного интервала. Длительность сигналов, сформирован-

По переднему фронту сигнала, поти, информация с его входов переносится на его выходы и сохраняется неизменной д о поступления следующег о тактового импульса.

Таким образом, в процессе работы вентильного электродвигателя блок 7 форкшрования сигналов управления отключаемыми на комьгутационном интервале ключами на основании информации, поступающей на его информационные входы, формирует сигнгал управления ключом (транзистором ), который отключен в конце текущего такта коммутации, и который необходимо повторно включить в случае, если возникает перенапряжение на ключе в течение коммутационного интервала.

Рассмотрим работу вентильного электродвигателя в случае обрыва одного из диодов, например 52. В момент отключения ключа 49 и зклю.че- ния 51 при открытом ключе 50 (t и

t

fO

фиг,7) возникает ЭДС самоиндукции за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации

20 блока 6 формирования сигналов управ ления (tg, фиг.7). Для вентильного электродвигателя восстанавливается нормальный алгоритм управления до очередного отключения ключа 49 (tj

секций обмотки 2 якоря. Указанная ЭДС 25 при котором описанные процессы посамоиндукции, суммируясь с напряжением источника питания преобразователя 3 частоты, прикпадЕ 1вается к закрытому ключу 49. Стабилитрон 41 датчика 13 обрьша диода обратного моста пробивается, появляется сигнал на. выходе датчика 16 перенапряжения, который перебрасывает ключевой элемент 17 (фиг.2, Па выходе 14 датчика 13 об- рыва диода обратного моста появляется сигнал логической единицы, который запрещает прохождег ие сигналов с блока 6 формирования сигналов управления и разрешает прохождение сигналов с выходов 2т-канального блока 7 формирова шя сигналов управления отключаемыми на коммутационном интер- вале ключами на входы ключей преобразователя 3 частоты. С выхода бло50

ка 7 поступает сигнал, который вклю- ных тактовых импульсов происходит чает повторно отключенный ключ 49, а все остальные,ключи отключают (t, и t ).

При включении ключа 49 организуется замкнутьш электрический контур 2з-2,-46-57-2J, в котором протекает коммутационный ток за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций 2;, - 2, обмотки 2 якоря электрической маи1ины 1 , При этом перенапряжение, возникшее .на ключе 49-, исчезает (t) и, следовательно, не может достичь напряжения пробоя ключа 49. Последний оста55

следующим образом.

При пуске вентильного электродв гателя в момент подключения датчик положения индуктора к источнику пи тания низкий логический уровень си налов на выходе датчика 5 положени индуктора сменяется логической ком бинацией сигнапов, соответствующей положению индуктора в момент пуска При этом появляется сигнал логичес кой единицы на выходе одного из ло гических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 1-ШИ который поступает на соответствующ вход логического элемента 3 ИЛИ 84

ется при этом включенным, поскольку на выходе 14 датчика 13 обрыва диода обратного моста и на выходах 2т-канального блока памяти не изменяются до момента, пока не спадает до нуля ток в коммутационном контуре. В момент, когда коммутационный ток становится равным нулю, сигнал с выхода 23 датчика 15 коммутационного интервала перебрасывает ключевой элемент 17 датчика 13 обрыва диода обратного моста в состояние логического нуля (Лиг,2). На выходе 14 датчика 13 (фиг,2 появляется сигнал логического нуля, который поступает на управляющие вход1 10 переключателей 9 На входы ключей преобразователя 3 частоты проходят сигналы с выходов

блока 6 формирования сигналов управления (tg, фиг.7). Для вентильного электродвигателя восстанавливается нормальный алгоритм управления до очередного отключения ключа 49 (tj).

при котором описанные процессы по0

вторяются.

При выходе из строя любого другого диода, а так же при изменении направления вращения вентильньш электродвигатель работает аналогичным образом.

Если вентильный электродвигатель выполнен в соответствии с функциональной схемой (фиг,4), функциональное назначение и алгоритм работы блока формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами переключателей и датчика обрыва диодов обратного моста ос- Q тается аналогичным, рассмотренным ранее в вентильном электродвигателе, вьтолненном согласно функциональной схеме (фиг.3).

Работа формирователя 75 задержан5

ных тактовых импульсов происходит

следующим образом.

При пуске вентильного электродвигателя в момент подключения датчика 5 положения индуктора к источнику питания низкий логический уровень сигналов на выходе датчика 5 положения индуктора сменяется логической комбинацией сигнапов, соответствующей положению индуктора в момент пуска. При этом появляется сигнал логической единицы на выходе одного из логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 1-ШИ, который поступает на соответствующий вход логического элемента 3 ИЛИ 84,

15

Сигнал на выходе логического элемента 3 ШШ 85 переходит на уровень логической единицы. По передне ту фронту сигнала с выхода логического элемента 3 ИЛИ 84 формирователь 87 импульсов формирует импульс, которьп : через логический элемент И 86, не из меняясь, поступает на тактируемый вход блока 74 памяти. По переднему фронту этого импульса начальная информация с выхода блока 74 памяти .переписывается на его вход.

В начале очередного такта комму- . тации меняется информация на выходе датчика 5 положения индуктора. На выходе одного из логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, например 80, происходит смена логической информации с нулевого уровня на уровень логической единицы. При поступлении . этого сигнала на вход одновибрато- ра 83 сигнал на выходе триггера 93 устанавливается в состояние логической единицы, в котором начинается заряд конденсатора 94. При достижении на емкости напряжения логической единшЦ) сигнал на выходе триггера 93 переходит в состояние логического ну ля. Начинается ускоренный разряд коН денсатора 94 через открытый диод 95 и низкоомное выходное сопротивление D-триггера 93. Длительность сформированного на выходе одновибратора 83 импульса при этом оказывается равной 0,69RC, где С - емкость конденсатора 94, R - сопротивление резистора 96. .

Длительность t сформированных на выходе одновибраторов импульсов выбирается путем изменения R и С, равной длительности коммутационного интервала при номинальном режиме работы вентильного электродвигателя.

Таким образом, на каждом такте коммутации на выходе одного из одно- вибраторов формируется сигнал длительностью Cj, который, инвертируясь на логическом элементе 3 ИЛИ-НЕ 85, проходит на выход формирователя 75 задержанных тактовых импульсов.

По переднему фронту сигнала, поступающего с выхода формирователя 73 задержанных тактовых импульсов на тактируемый вход блока 74 памяти, информация с его входа переносится на его выход, и сохраняется неизменной до поступления следующего тактового импульса.

25632 3

Дешифратор 76 информационных сиг- налов работает аналогично. Учитывая, что вентильный электродвигатель в g рассматриваемом варианте выполнен нереверсивным, ир1формация на выходе дешифратора 76 однозначно соответствует ключу, отключаемому на текущем такте комьгутации.

10 В случае появления перенапряжения на одном из ключей преобразователя частоты, к варисторам 70 датчика 13 аварийной ситуации прикладывается напряжение, равное ЭДС самоиндукции.

15 отключаемой секции. Сопротивление ва- ристоров 70 резко падает, растет ток через измерительньш резистОр 71, а следовательно, и напряжение, прикладываемое через выпрямитель 72 к вхо20 ДУ компаратора 73. Компаратор срабатывает на выходе 14 датчика 13 обрыва диода обратного моста, появляется сигнал логической единицы, который сохраняется до момента достижения

25 напряжением на выходе измерительного резистора 71 нижнего порога срабатывания компаратора 73. Верхний и нижний пороги срабатывания компаратора 73 выбираются следующим образом. 30 Верхний уровень определяется макси- мально возможным напряжением питания преобразователя 3 частоты, а нижний - максимальной ЭДС вращения вентильного электродвигателя.

Сигнал с выхода I4 датчика 13 обрыва диода обратного моста помимо управляющих входов 10 переключателей 9 поступает на управляющий вход 8 блока 7 формирования сигналов управле40 Ш1я отключае1«ыми на коммутационном интервале ключами. Данный сигнал в случае появления перенапряжения, величина которого контролируется, запрещает смену информации на выходе

45 блока 74 памяти.

Предлагаемый вентильный электродвигатель позволяет повысить надежность работы при неисправности в презбразователе частоты типа обрыв :

50 диода обратного моста за счет введения дополнительных блоков, которые позволяют исключить перенапряжение на ключах двухполупериодного преобразователя частоты. Перенапряжение

55 на ключах устраняется за счет, изменения алгоритма управления вентильным электродвигателем и организации дополнительного электрического контура для замыкания коммутационного

35

тоКй в момент возникновения перенапряжения, величина которого контролируется .

Предлагаемый вентильный электро- двигатель сохраняет нормальную работоспособность при обрыве любого диода обратного моста. Кроме того, надежность работы силовых диодов, находящихся под циклическим воздействием больших токов значительно ниже, чем слаботочных логических схем, на которых реализованы дополнительно введенные блоки.

Эффективность применения изобрете- 5 датчик обрыва диода обратного моста

выполнен в виде датчика коммутационного интервала, датчика перенапряжения и ключевого элемента с управляющим и информационными входами, выход

кия увеличивается с ростом мощности вентильного электродвигателя, по-- скольку соответственно возрастает энергия, записанная в индуктивности

отключаемой секции, и перенапряжения, 20 которого является первым выходом дат- возникающие при обрыве диода обратно- чика обрыва диода обратного моста,

входами которого служат входы датчика коммутационного интервала, подключенного в анодную и катодную группы 25 диодов обратного моста и m входов датчика перенапряжения, подключенных соответственно к т-секционной обмотке якоря, выход датчика коммутационного интервала является вторым выхого моста, могут быть значительными. Формула и. зобретени-я

1. Вентильньй электродвигатель, содержащий электрическую маиину с т-секционной обмоткой якоря, подключенную к выходу двухполупериодного

преобразователя частоты с 2т ключами 30 дом датчика обрыва диода обратного

и 217) диодами обратного моста, датчик положения индуктора, п выходов которого связаны С входами 2т ключей преобразователя частоты через 2т-канальный блок формирования сигналов управ- 35 информационному входу ключевого ления, отличающийся тем, элемента, управляющий вход которого что, с целью повышения надежности ра- подключен к выходу датчика перена- боты при неисправности в преобразова- пряжения.

теле частоты типа обрыв обрат- 3. Электродвигатель по п,1, о т - ного моста, в него дополнительно вве- 40личающийся тем, что 2т-кадены 2т-канальный блок формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами с п информационными и по крайней мере

одиим управляющим входами, 2ш-е пере- 45 тактируемыми и 2т информационными ключатели с управляющим и двумя ин- входами, формирователя задержанных

тактовых импульсов с управлякщим и информационными входами и 2т-канальформационными входами каждый, датчик обрыва диода обратного моста, по крайней мере одним выходом, входы которого связаны с диодным обратным мостом, а выход подключен к объединенным управляющим входам 2in-x переключателей, управляющий вход 2т-ка- нального блока формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами связан с датчиком.обрыва диода обратного мос- .та, а его ft информационных входов подключены к выходам датчика положеного дешифратора информационных сиг- 5Q налов, п входов которого объединены с п входами формирователя задержанных тактовых импульсов соответственно и являются информационными входами 2т-канального блока формирования gg сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами, управляющим входом которого служит управляющий вход формирователя задержанных тактовых импульсов, 2т вы

НИН индуктора, соответственно le- выходы 2т-канального блока формирования сигналов управления и 2т-каналь- ного блока формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами подключены соответственно к первому и второму информационным входам i-ro переключателя , выход которого подключен к входу i-ro ключа преобразователя часто- . ты.

2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что

моста и подключен к управляющему входу 2т-канального блока формирования сигналов управления отклк)чаемыми на коммутационном интервале ключами и

нальный блок с|юрмирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами выполнен в виде 2т-канапьного блока памяти с

ного дешифратора информационных сиг- налов, п входов которого объединены с п входами формирователя задержанных тактовых импульсов соответственно и являются информационными входами 2т-канального блока формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами, управляющим входом которого служит управляющий вход формирователя задержанных тактовых импульсов, 2т вы . 13 ходов указанного блока памяти служат выходами 2 п-канального блока формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами, выход формирователя задержанных тактовых импульсов подключен к тактируемому входу 2iii-канального блока памяти, i-ft информационный вход которого связан с i-M выходом 2т-каналь- ного дешифратора информационных сигналов.

4. Электродвигатель по п.З, отличающийся тем, что п-ка- нальньгй датчик положения индуктора дополнительно снабжен п-канальным реле реверса, управляющий вход которого подключен к выходу задатчика направления вращения, 2га-канальный блок формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами дополнительно снаб20

жен двумя т-канальными коммутаторами с управляющим и 2т информационными входами каждый и инвертором, вход которого объединен с упраБ-пяющим входом первого 2т-канального коммутатора, является вторым управляющим входом 2т-канального блока формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами и подключен к выходу задатчика направления вращегаш, выход инвертора подключен к yпpaвляющe гy входу второго 2т-канального коммутатора, i-e выхо- ды 2т-канальных коммутаторов объединены и подключены к i-му входу 2т- канального блока памяти, i-й выход 2т-канального дешифратора информаци- он1{ых сигналов подключен к i-му входу первого i-му входу второго 2т-ка- нальных коммутаторов, образуя по подключениям второго 2т-канального коммутатора кольцевую схему.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных электроприводах, например в вентильных электроприводах, авиа- ционньпс механизмов. Целью изобретения является повышение надежности вентильного электродвигателя при возникновении в процессе работы неисправности типа обрыва диода обратного моста двухполупериодного преобразователя частоты. Это достигается исключением перенапряжений на ключах двухполупериодного преобразователя частоты путем изменения алгоритма управления вентильным электродвига- тёлем и организации дополнительного контура для замыкания коммутационного тока. Для этого в предлагаемое устройство дополнительно введены датчик обрыва диода обратного моста, 2т-канальный блок формирования сигналов управления отключаемыми на коммутационном интервале ключами. Г 3 з.п,ф-лы, 8 ил. (Л

I 1 Pl

ik.J4.-vJ

(pus. 2

a,-t

..Jil

(3

J Щ

3s

if UJouioDh tftfatnvgosDdgoadu r//

rW-|№

-«-4C .

k o-tO- -KH

5

r

5h

Ai

Jca (

Й

LSJ

1 lU lU I

V I LUUUl Ul UIrl irUl

.Зч Л -A Л

,- o

k

A

CO

S-COU)f

f

r

ir 2 ч ю

tq% tff«7

Фи.5

Фиг.6

t, tz t3 tif ts tetjtgtj

n 12

фиг.8