Способ обнаружения и локализации отказов вентильного электродвигателя Советский патент 1991 года по МПК H02K29/00 H02P7/28 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода с вентильными электродвигателями.

Целью изобретения является улучшение селективности обнаружения отказов по месту их проявления.

На фиг. 1 приведен пример устройства, реализующего способ обнаружения и локализации отказов вентильного электродвигателя; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы работы отдельных узлов вентильного электродвигателя соответственно в режиме обрыва в силовой цепи ключа анодной группы преобразователя частоты и в аварийном режиме с организацией противовключения на одном межкоммутационном интервале

2 jr/p , где индексы импульсов соответствуют позициям элементов схемы.

Способ обнаружения и локализации отказов вентильного электродвигателя, содер- жащего электрическую машину с m-секционной обмоткой якоря и числом пар полюсов р, двухполупериодный преобразователь частоты с анодной и катодной группами ключей соответственно Tet, , управляющие входы которых связаны с устройством управления по положению ротора, включающим датчик положения ротора и информационно-управляющую систему, состоит в том, что контролируют импульсы напряжения на управляющих входах ключей Tai, TKI преобразователя частоты по тактовой частоте работы устройства управления по положению ротора, сравниOs

fc

xj Ю 00

вают комбинацию указанных импульсов напряжения с заданными штатными комбинациями согласно логике функционирования вентильного электродвигателя, контролируют полные токи Полн.а в анодной и Полг.к в катодной группах ключей преобразователя частоты, устанавливают отсутствие указанных полных токов, кроме того, сравнивают с заданным значением текущие значения

ПОЛНЫХ ТОКОВ полн.а В ЭНОДНОЙ И (полн.к В

катодной группах ключей и фиксируют превышения указанных токов над заданной величиной, и в зависимости от комбинации контролируемых параметров устанавливают характер отказа и место его проявления в вентильном электродвигателе.

Вентильный электродвигатель, а котором реализован способ обнаружения отказов (фиг. 1), содержит электрическую машину 1, преобразователь 2 частоты с анодной 3 и катодной 4 группами ключей, управляющие входы которых связаны с устройством управления по положению ротора, включающим датчик 5 положения ротора и информационно-управляющую систему 6. Электрическая машина 1 содержит три секции 7-9 обмотки якоря и вращающийся индуктор (р 1), установленный на валу, на котором размещен датчик 5 положения ротора. Двухполупериодный преобразователь 2 частоты содержит две группы ключей, анодную 3 и катодную 4, каждая из которых выполнена на трех ключах (транзисторах) соответственно 10-12 и 13-15, и шесть диодов 16-21 моста обратного тока. Информационно-управляющая система 6 содержит блок 22 задания режима работы и функциональный преобразователь 23. Выходы моста обратного тока подключены через измерительные резисторы 24 и 25 к общей клемме ключей, анодной 3 и катодной 4 групп соответственно. Выходы 26-28 датчика 5 положения ротора соединены с тремя информационными входами функционального преобразователя 23 соответственно, выходы 29-34 которого связаны с управляющими входами ключей 10-15 преобразователя 2 частоты. Управляющий вход функционального преобразователя 23 подключен к выходу блока 22 задания режима работы. Функциональный преобразователь 23 в данном конкретном случае содержит дешифратор 36 двоичного кода в двоично- десятичный, три управляемых ключа 37-39 и шесть логических элементов 40-45 2 ИЛИ. Выходная характеристика функционального преобразователя 23 определена логикой функционирования вентильного электродвигателя в заданных режимах, в данном

конкретном случае описывается следующей системой однотипных булевых функций:

а xyq: b yzq; с zxq; d xyq; e yzq; k zxq,

где a, b, c, d. e, k - импульсы напряжения на выходах 29-34 функционального преобразователя 23; х, у, z - импульсы напряжения с выходов 26-28 датчика 5 положения оотора соответственно; q - сигнал с выхода блока

0 22 задания режима работы. Блок 22 задания режима работы выполнен по схеме последовательного коммутатора.

Устройство 46, реализующее совокупность операций предлагаемого способа об5 наружения и локализации отказов вентильного электродвигателя (фиг. 1), в данном конкретном случае содержит два компаратора 47 и 48, два нуль-органа 49 и 50, два фильтра 51 и 52, функциональный

0 преобразователь 53, постоянное запоминающее устройство 54, десятиканальный фильтр 55 и индикатор 56 отказов.

Входы компаратора 47 (48) и нуль-органа 49 (50) объединены и подключены к выхо5 ду измерительного резистора 24 (25). Выходы компараторов 47 и 48 непосредственно, а нуль-органов 49 и 50 через фильтры 51 и 52 подключены к входам 57-60 постоянного запоминающего устройства 54 соот0 ветственно. Пятый вход 61 постоянного запоминающего устройства 54 подключен к выходу функционального преобразователя 53, шесть информационных входов которого связаны с соответствующими выходами 295 34 функционального преобразователя 23. Управляющий вход функционального преобразователя 53 подключен к выходу блока 22 задания режима работы. Выходы 62-71 постоянного запоминающего устройства 54

0 через десятиканальный фильтр 55 связаны с индикатором 56 отказов.

В табл. 1 приведены возможные сочетания контролируемых параметров и соответствующие им аварийные режимы работы

5 вентильного электродвигателя.

Рассматриваемая совокупность контролируемых параметров дает возможность не только выявить вид аварийного режима, но и позволяет конкретизировать место воз0 никновения отказа. А именно, различить отказы в силовой (п. 3, 4 в табл. 1) и дискретной (п.5-10 в табл. 1) частях вентильного электродвигателя. При этом для большей части аварийных режимов (п. 3-9 в табл.

5 1) появляется возможность определить место появления отказа с точностью до принадлежности к группе (анодной или катодной) ключей преобразователя частоты.

Компараторы 47 и 48 и нуль-органы 49 и 50 мосут быть выполнены по любой известной схеме. Постоянное запоминающее устройство 54 реализуется на стандартных микросхемах программируемых ПЗУ.

Таблица программирования постоянного запоминающего устройства 54 приведена в табл. 2.

Функциональный преобразователь 53 имеет следующую выходную характеристику

f ( ( abcdek V abcdek V abcdik V abcdek V V abcdek Y abcdek ) q V abcdek q )

и конструктивно содержит следующие логи- ческие элементы: шесть инверторов 72-77, семь элементов 6И 78-84, один элемент 6ИЛИ 85 и элемент 2-2И-ИЛИ-НЕ 86. Каждый канал 87-96 фильтра 55 выполнен на основе последовательно соединенных RC- цепи и неинвертирующего усилителя-преобразователя уровня. Индикатор 56 отказов содержит одиннадцать RS-триггеров 97- 107, десять управляемых ключей 108-117, девятивходовый логический сумматор 118, транзисторные ключи 119-128, светодиоды 129-139, формирователи 139-148 импульсов по обратному фронту. Формирователи 139- 148 импульсов могут быть выполнены в любом известном виде. Информационные входы управляемых ключей 108-117 являются входами индикатора 56 отказов. Выход каждого из указанных ключей 108-117 подключен к S-входу соответствующего RS- триггера 97-106 и входу соответствующего формирователя 139-148 импульсов, выходы которых через развязывающие диоды подключены к R-входам RS-триггеров 97-106 соответственно. Выходы триггеров 97-106 подсоединены к управляющим входам соответствующих транзисторных ключей 119- 128, каждый из которых в свою очередь связан с соответствующим светодиодом 129-138, S-входы триггеров 98-106 подключены к соответствующим входам логического сумматора 118, выход которого через RS-триггер 107 связан с объединенными управляющими входами ключей 108-117. Установка триггеров 97-107 в исходное состояние происходит при подключении устройства контроля к источнику питания с помощью дифференцирующей RC-цепи 149.

При нормальном режиме работы вентильного электродвигателя (фиг. 1)периодически на каждом межкоммутационном интервале подключают к источнику питания и отключают от него комбинации секций 7-9 обмотки якоря электрической машины 1 с помощью ключей 10-15 преобразователя частоты. При этом потребляемый (нарастающий) ток протекает по контуру: источник питания - измерительный резистор 24 - транзистор анодной группы - секции I, J обмотки якоря -транзистор катодной группы - измерительный резистор 25 - источник литания, а коммутационный (спадающий) ток замыкается по контуру: транзистор анодной (катодной) группы-секции i, k)j,k)-диод катод ной (анодной) группы - измерительный реэи0 стор 24 (25) - транзистор анодной (катодной) группы. Например, в момент времени ti (фиг. 2) по сигналам датчика 5 положения ротора при открытом ключе 10 закрывается ключ 14 и открывается ключ 15. При этом

5 образуются два замкнутых контура, по которым протекает нарастающий и спадающий токи. Ток нарастает в контуре: источник питания - измерительный резистор 24 - ключ 10 - секция 7 - секция 9 - ключ 15 - измери0 тельный резистор 24 - ключ 10 - секция 7 - секция 9 - ключ 15 - измерительный резистор 25 - источник питания; спадающий ток протекает по контуру: секция 7 - секция 8 - диод 17 - измерительный резистор 24 5 ключ 10 - секция 7. Аналогичным образом происходит образование контуров и на других межкоммутационных интервалах. В нор- мальном режиме на каждом межкоммутационном интервале через один

0 из измерительных резисторов (рассмотренном примере это резистор 24) протекает полный ток (ток Полн.а), определяемый суммой потребляемого и коммутационного тока, а через второй резистор (в

5 рассматриваемом примере это резистор 25) - только потребляемый ток. При этом сигнал на выходе измерительных резисторов не превышает напряжения срабатывания компараторов 47 и 48. Кроме того, при исправ0 ном состоянии устройства управления по положению ротора импульсы напряжения а, Ь, с, d, e, k поступают на управляющие входы ключей 10-15 согласно заданному алгоритму функционирования, математически оп5 ределенному функцией f. На каждом межкоммутационном интервале одно из семи логических произведений импульсов напряжения а, Ь, с, d, e, k, q совпадают с заданным, а следовательно, функция f всег0 да соответствует логическому нулю. Это эк- вивалентно отсутствию нештатных комбинаций импульсов напряжения на управляющих входах ключей 10-15 преобразователя 2 частоты и сигналу нулевого

5 логического уровня на выходе 61 функционального преобразователя 53. При рассмотрении совокупности контролируемых величин на входах 57-61 (поз. 1 табл. 1) постоянного запоминающего устройства 54 с его выходов считывается комбинация сигнавеличин на входах 57-61 (поз. 1 табл. 1) постоянного запоминающего устройства 54 с его выходов считывается комбинация сигналов, соответствующая нормальному режиму; а именно, на входе 62 имеется сигнал положительного логического уровня, а на входах 63-71 - нулевого логического уровня (интервал времени to-ta фиг. 2). Аналогичная информация с задержкой, определяемой параметрами RC-цепи, постоянно формируется на выходах десятиканального фильтра 55 и, следовательно, на соответствующих входах индикатора 56 отказов. С выхода канала 87 фильтра 55 сигнал положительного логического уровня через открытый управляемый ключ 108 поступает на S-вход триггера 97, обеспечивая установку аналогичного сигнала на его прямом выходе. Появление положительного потенциала на управляющем входе транзисторного ключа 119 обеспечивает подключение к источнику питания светодиода 129, характеризующего нормальный режим работы питания светодиода. Кроме того, при нормальном режиме сигналы на входах открытых управляемых ключей 109-117, а следовательно, и на всех входах логического сумматора 118 равны логическому нулю. Это обеспечивает сохранение единичного сигнала на инвертирующем выходе триггера 107, а следовательно, и на управляющих входах ключей 106-117, которые в таком состоянии без изменения передают информацию с выходов фильтра 54 на соответствующие S-входы RS-триггеров 97- 106.

Предположим, что в процессе работы вентильного электродвигателя произошел обрыв в силовой цепи ключа 11 анодной группы 3 преобразователя 2 частоты. Примерами данного вида отказов могут служить обрывы в цепях: переход база-эмиттер транзистора, эмиттер транзистора - секция обмотки якоря, коллектор транзистора - источник питания и т.д. При этом отказе в момент поступления сигналов управления на отключение ключа 10 и включение ключа 11 при включенном ключе 15 (момент времени тг, Фиг. 2) ключ 11 не открывается и замкнутого электрического контура: источник питания - измерительный резистор 24 - ключ 11 - секции 8, 9 обмотки якоря - ключ 15 - измерительный резистор 25 - источник питания не образуется. Обмотка якоря электрической машины 1 на узловом интервале, равном двум межкоммутационным интервалам (интервал времени ta-ii). оказывается отключенной от источника питания. Вращающий момент при этом создается только за счет коммутационного тока, спадающего по цепи: ключ 15 - измерительный резистор 25диод 20 - секции 7 и 9 обмотки якоря - ключ 15. Таким образом, в рассмотренном аварийном режиме, обусловленном обрывом в силовой цепи ключа 11 анодной группы 3,

через измерительный резистор 24 анодной группы 3 ток не протекает Ополн.а 0), а выходное напряжение на измерительном резисторе 25 катодной группы определяется величиной коммутационного тока. Этот ток в

0 начале рассматриваемого межкоммутационного интервала (момент времени t2) равен полному току в Ополгк) в конце предыдущего межкоммутационного интервала, на котором обмотка якоря вентильного электродвигателя

5 была подключена к источнику питания с помощью исправных ключей 10 и 15 преобразователя частоты. Рассмотренная совокупность сигналов на выходе измерительных резисторов 24 и 25 обеспечивает формирование сигна0 лов нулевого логического уровня на выходе компараторов 47 и 48 и на выходе нуль-органа

49,кроме того, формируется сигнал единичного логического уровня на выходе нуль-органа

50.Учитывая, что датчик положения ротора 5 и 5 функциональный преобразователь 23 исправны, на выходе функционального преобразова- теля 53 сохраняется сигнал нулевого логического уровня, эквивалентный отсутствию нештатных комбинаций сигналов. Таким

0 образом, комбинация состояний контролируемых сигналов на входах 57-61 (момент времени tz, фиг. 3) постоянного запоминающего устройства 54 соответствует поз. 3 табл. 1, определяющей рассматриваемый вид отказов. Такая

5 комбинация сигналов приводит к появлению сигнала положительного логического уровня на выходе 64 постоянного запоминающего устройства 54 и сигналов нулевого логического уровня на его остальных выходах 62 и 63.65-71.

0 С задержкой времени, определяемойпарамет- рами RC-цепи фильтра 55, на соответствующих входных каналах индикатора 56 отказов формируется аналогичная информация. Появление сигнала нулевого логического уровня на входе

5 открытого ключа 108 приводит к срабатыванию формирователя 139 импульса, положительный сигнал которого обнуляет RS-триггер 97. Транзисторный ключ 119 переводится в закрытое состояние и светодиод 129 отключается от источника

0 питания. Сигнал положительного логического уровня с канала 89 фильтра 55 через открытый ключ 110 поступает на S-вход RS-триггера 99. На его выходе появляется сигнал положительного логического уровня, который открывает транзи5 сторный ключ 121. Светодиод, характеризующий аварийный режим типа обрыв в силовом ключе анодной группы преобразователя частоты, подключается к источнику питания. Кроме того, сигнал положительного логического уровня с выхода управляемого ключа

110 поступает через логической сумматор 118 на S-вход RS-триггера 107. На его инверсном выходе устанавливается сигнал нулевого логического уровня, закрывающий управляемые ключи 108-117. С этого момента (момент времени 1з) до момента принятия пользователем решения состояние выходных сигналов индикатора 56 отказов не изменяется.

Сигнал с выхода логического сумматора 118 может быть также использован для отключения вентильного электродвигателя при фиксации любого аварийного режима.

Аналогичным образом фиксируются и другие аварийные режимы, приведенные в табл. 1. В частности, на фиг. 3 показаны диаграммы напряжений и токов в узлах функциональной схемы фиг. 1, поясняющие алгоритм контроля при аварийном режиме с организацией режима противовключения на одном межкоммутационном интервале периода 2 тг/р (момент времени ц и ta (поз. 2 табл. 1). Такого типа аварийные режимы возникают при отказах в устройстве управления по положению ротора, например, при пересечении в дешифраторе 36 функционального преобразователя 23 оборванного проводника от вывода 4 с выводом 3.

Кроме того, при контроле непосредственно может быть использована информация о полном токе в анодной и катодной группах, поступающая с датчиков тока, которые широко используются в вентильных электродах для целей ограничения тока, а в авиационных электроприводах ко всему еще и дублируются.

Таким образом, способ обнаружения и локализации отказов вентильного электродвигателя позволяет улучшить селективность отказов по месту их проявления за счет оптимального алгоритма обработки информации об отсутствии полного тока как в анодной, так и в катодной группах ключей

преобразователя частоты, о превышении названных токов над заданным уровнем, а также о наличии нештатных комбинаций и сигналов на управляющих входах ключей преобразователя частоты.

Формула изобретения Способ обнаружения и локализации отказов вентильного электродвигателя, содержащего электрическую машину с m-секционной обмоткой якоря и числом пар полюсов р, двухполупериодный преобразователь частоты с анодной и катодной группами ключей соответственно T8i, TKI.

управляющие входы которых связаны с устройством управления по положению ротора, включающим датчик положения ротора и информационно-управляющую систему, при котором контролируют импульсы напряжения на управляющих входах ключей Таи, TKI преобразователя частоты по тактовой частоте работы устройства управления по положению ротора, сравнивают комбинацию указанных импульсов напряжения с

заданными штатными комбинациями согласно логике функционирования вентильного электродвигателя, отличающий - с я тем, что, с целью улучшения селективности обнаружения отказов по месту их проявления, дополнительно контролируют полные токи 1Полн.а в анодной и (полное в катодной группах ключей преобразователя частоты, устанавливают отсутствие указанных полных токов, кроме того, сравнивают с заданным значением текущие значения полных ТОКОВ 1поли.з В анОДНОЙ И (полн.к В

катодной группах ключей и фиксируют превышения указанных токов над заданным значением, после чего в зависимости от ком- бинэции контролируемых параметров устанавливают характер отказа и место его проявления в вентильном электродвигателе.

Таблица 1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным электродвигателям. Цель изобретения - улучшение селективности обнаружения отказов по месту их проявления. Способ обнаружения и локазилации отказов вентильного электродвигателя состоит в том, что контролируют импульсы напряжения на управляющих входах ключей преобразователя частоты по тактовой частоте работы устройства управления по положению ротора. Сравнивают комбинацию указанных импульсов на- пряжения с заданными штатными комбинациями согласно логике функционирования вентильного электродвигателя, контролируют полны , оки в анодной и катодной группах ключей, устанавливают отсутствие указанных токов, сравнивают текущие значения полных токов в анодной и катодной группах ключей, фиксируют превышение указанных токов над заданным значением и в зависимости от комбинации контролируемых параметров устанавливают характер и место отказа. Тем самым улучшается селективность отказов по месту их проявления. 3 ил., 2 табл.

Примечание. ДВ - двигательный режим; ПВ - режим противовключения;

ДТ - режим динамического торможения; МОТ - мост обратного тока; КЗ - короткое замыкание; ОЯ - обмотка якоря; ЧЭф)1 - чувствительный элемент катодной (анодной) группы; ДПР - датчик положения ротора; ДТа(к).поян. - датчик полного тока в анодной (катодной) группе ключей преобразователя частоты; Та(к)| - 1-й ключ анодной (катодной) группы преобразователя частоты; #мк - угловая длительность межкоммутационного интервала; - угловая длительность сигнала ДПР; в- угол опережения включения.

Таблица 2

iSP Гьмг,, r-i

je 7t, Гг-. | ГЛ

длробяякзщие входы ttfltoveij fQ- IS

v+

® cu4i

-Jo WCTW 3 ci№H -gcr -Ссэ|н

©-сгн н

Ч 0V

г

i

,

Раг.З