Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя

)5 Н 02 Р 6/ОО г, О ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР Я ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авдолоткин Н.П., Гращенко и др, Управляемые бесконтактны гатели постоянного тока.- Л.: о атомиздат, 1984, с. 79-81.Стребков В,ИКоммутатор для упра еляемого бес коллек тор ного дви га теля постоянного тока.- "Электронная техни ка в автома ти ке /Под ред нева. - М,: Сов, радио, 1976,с. 146-152.Авторское свидетельство СССР н 1277340, кл. н ог Р 6/ог, 1986.(54) ПОЛУНАТУРНЬй СТЕНД ДЛЯ ИСПИТАНИЙВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения являетсярасширение функциональных возможностей путем обеспечения и аварийного режима. Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя,выполненного на базе электромеханического преобразователя с преобразователем частоты с 1 ключами и датчикомположения ротора с п выходами, содержит блок 4 задания режима работы,связанный с управляющими входами 1ключей преобразователя частоты 2 через блок 6 .формирования сигналов управления, 1 коммутаторов 7 и 1 Функциональных преобразователей 8 каждый иэ которых выполнен с и информационными входами, связанными с дат 153500153 б 500 Составитель М.СонРедактор Ю,Пчолинская Техред М.Дидьпс Корректор С.Черни Заказ 115/89ВНИИПИ Госуда НТ СС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,1 Б 7 вг ЕЗ Тираж енного комитет 13035, Москва47 Подписное по изобретениям и открытиям п 3-35, Раушская наб д. 4151536500 10 чиками положения ротора, 1 задающими входами, соединенными с коммутаторами, и с выходной характеристикой у1Й (ао) а,) , а) )х;1 111 где а, а , а ., - логическиесостояния сигнала соответственно на1-м, 2-м, , и-м информационныхВходах х,. - логическое состояние)Сигнала на 1-м задающем входе 1-гофункционального преобразователя,е 1,2, , 1111 1 с - индекс, спдеИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для испытаний вентильного электродвигателя и его узлов без конструктивных изменений в различных режимах работы.Цель изобретения - расширениеФункциональных возможностей путем воспроизведения и аварийных режимов работы..На фиг.1 представлена блок-схема по" лунатурного стенда для испытания вен- З 0 тильного электродвигателя; на фиг 2- схема подключения преобразователя кода на фиг 3 - функциональная схема полунатурного стенда для испытаний вентильного электродвигателя, выполненного с трехфазной обмоткой якоря, двухполупериодным преобразователем частоты с 1 = 6 и датчиком положения ротора с и = 3; на фиг.4 - структурная схема полунатурного стенда для 40 испытаний вентильного электродвигателя, выполненного с шестифазной обмоткой якоря, однополупериодным преобразователем частоты с 1 = 6 и датчиком положения ротора с и = 6; на 45 Фиг.5 - таблица программирования для постоянного запоминающего устройства полунатурного стенда фиг.4; на фиг.бпринципиальная схема первого варианта выполнения функционального преоб разователя для полунатурного стенда по фиг.4, на фиг.7 - Функциональная схема второго варианта выполнения Функционального преобразователя для полунатурного стенда по фиг.4, на Фиг.8 - диаграммы напряжений в узлах Функциональной схемы по Фиг,3 при режиме обрыва в цепи ключа, на фиг,9 - таблица состояния сигналов х, на заделяемый 1 возможными для данного типа вентильного электродвигателя двоичными комбинациями сигналов аа 1, а к(ао) а 1)) вь)логическое произведение сигналов ао)а)асоответствующих разрядам двоичного числа, определяемогоиндексом Е. Стенд позволяет воспроизводить аварийные режимы, обусловленные отказами элементов дискретнойчасти вентильного электродвигателябез демонтажа его дорогостоящих узлов. 1 з.п. Ф-лы, 11 ил. дающих входах функциональных преобразователей в режиме обрыва в цепи ключа; на Фиг.10 - диаграммы напряженийв узлах схем по Фиг.4 и б (или 7) врежиме обрыва в выходной цепи датчика положения ротора, на фиг.11 - таблица состояния сигналов х на задаю-.11щих входах функциональных преобразователей по фиг,б и 7 в режиме обрывав выходной цепи датчика положенияротора.Полунатурный стенд для испытанийвентильного электродвигателя, состоящего из электромеханического преобразователя 1, преобразователя 2 частоты с 1 ключами и датчика 3 положенияротора с п выходами, содержит блок 4задания режима работы, выход которогоподключен к управляющему входу 5 бло-.ка 6 формирования сигналов управления,информационные входы которого подсоединены к выходам датчика 3 положенияротора, а выходы связаны с управляющими входами ключей преобразователя2 частоты) 1 коммутаторов 7 и 1функциональных преобразователей 8,каждый из которых выполнен с и информационными входами, связанными с датчиком 3 положения ротора, 1 задающими входами, .соединенными с коммутаторами, каждый функциональный преобразователь 8 выполнен с выходной характеристикойЕ К(во)) а-) )х,;1:1где а, а, , а - логическиесостояния сигнала соответственно на1-м 2 м)., ) и м информа ционныхвходах,65006ненного с трехфазной обмоткой якоря,двухполупериодным преобразователем 2частоты с 1 = 6 и датчиком 3 положения ротора с и = 3, представлен наФиг.3,В данном случае обмотка якоря состоит иэ трех Фаз 10-12, собранных взвезду и подключенных к выходу преобразователя 2 цастоты. Преобразователь2 цастоть выполнен с шестью (1 = 6),ключами 13-18, каждый из которых шунтирован встречным диодом (19-24), Датцик 3 положения ротора выполнен с тремя (и = 3) выходами 25-27, Сигналы сблока 6 формирования сигналов управления поступают на управляющиевходы ключей 13-18 преобразователя 2частоты через развязывающие диоды.20 Каждый из тридцати шести (1 = 36)коммутаторов 7 выполнен по последовательной схеме и содержит резистор28 и контактор 29.Каждый из шести функциональных25 преобразователей 8 выполнен на мультиплексоре (30-35) и имеет три информационных входа А 0, А 1, А 2, соединенных с выходами 25-27 датчика положения ротора соответственно шестьзадающих входов Х 1-Х 6, соединенныхс коммутаторами 7 соответственно, иследующую выходную характеристику; а аа х, + а,аа х, + г, - э. агхр аоа згхб о 3у; =а,а,ах, + + аоа агХ 4 + а,а,4 где ао р а, а - логические состояниясигнала соответственно на А 0, А 1, А 2информа ционных входах;логические состояниясигнала соответственно на Х 1, , Хбзадающих входах 1-гофункционального преобразователя;К с1, 2.6.Выходы 36-41 функциональных преобразователей 8 являются выходами уст ройства и подключены к управляющим входам ключей 13-18 преобразователя 2 цастоты.На Фиг,4 показана блок-схема полу- натурного стенда для испытаний вентильного электродвигателя, выполненным с шестисекционной обмоткой якоря и однополупериодным преобразователем 2 частоты. о ахх 1 5 153х " - логическое состояние сигналарна -м задающем входе 1-го Функционального преобразователя,б2 рфр 1 р1. - индекс, определяемый 1 возможными для данного типа вентильного электродвигателя двоичными комбинациями сигналов а а , а, ;й; (а р а,. . . а, ) - логическое произведение сигналов аор а,асоответствующих разрядам двоичного числа, определяемого индексом Кр причем выходы функциональных преобразователей, являющиеся выходами устройства, подключены к управляющим входам ключей преобразователя частоты. Кроме того, в случае выполнения датчика 3 положения ротора вентильного электродвигателя с числом выходов пр равным числу клюцей преобразова- теля 2 цастоты, устройство дополнительно может содержать (фиг.2) преобразователь 9 кода "1 иэ 6" в двоичный, входы которого подклюцены к дат цику 3 положения ротора, а выходы к соответствующим информационным входам 1 Функциональных преобразователей 8,Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя, выполВ данном слуцае обмотка якоря состоит из шести секций 42-47, собранныхв звезду и подключенных к выходу преобразователя 2 частоты, Преобразователь 2 частоты содержит шесть ключей48-53 (1 = 6), шесть диодов 54-59 истабилитрон 60. Датчик 3 положенияротора выполнен с шестью (и = 1 = 6)выходами 61-66Преобразователь 9 кода "1 иэ б" вдвоицный имеет три выхода 67-69 и выполнен в виде постоянного запоминающего устройства 70, таблица программирования которого приведена на Фиг.5.По адресам, не указанным в таблицефиг.5, может быть записана любая информация,На фиг,б и 7 показаны схемы возможных вариантов выполнения 1-го Функционального преобразователя 8 дляполунатурного стенда по Фиг,4, Функциональный преобразователь 8 по фиг.бвыполнен на базе мультиплексора 71,35 его входы АО А 1, А 2 являются соответственно 1-м, 2-м и 3-м информационными входами функционального преобразователя 8, 1-м-б-м задающим входами которого служат соответственно входы ХО-Х 5 мультиплексора 71. Функциональный преобразователь 8 по фиг.7 содержит три инвертора 72-74 входы которых служат соответственно 1-м, 2-м,и 3-м информационными входами функционального преобразователя 8, шесть четырехвходовых логических элемента 4 И-НЕ 75-80, выходы которых подключены к входам логического элемента бИ-НЕ 81, выход которого является выходом функционального преобразователя. Вход инвертора 72 подключен к объединенным первым входам логических элементов 4 И-НЕ 75, 77 и 79, 20у = а,а,а х, + а,аахй где а а а - логические состояниясигнала соответственно на 1-м, 2-м,3-м информационныхвходах,х , х 6 - логические соединения сигнала соответ- З 0ственно на 1-м,6-м задающих входах1-го функциональногопреобразователя,Е 1 1 2, , 61кь 0, 1 Я,При помощи коммутаторов 7 на задающие входы функциональных преобразователей 8 подаются постоянные сигналы,уровень которых соответствует требуемым значениям сигналов управления ключами преобразователя 2 частоты на межкоммутационных интервалах периода2/р. Здесь следует отметить, что приисследовании аварийных режимов под 45межкоммутационным интервалом понимается угол (эл.град.), на который приработе в двигательном режиме поворачивается ротор электромеханическогопреобразователя 1 между двумя соседними переключениями ключей, Такоепонятие существенно упрощает анализаварийных режимов, при этом в указанных режимах смена межкоммутационныхинтервалов не всегда ведет к пеРеклюцению секций. Коммутаторы 7 могутбыть выполнены по любой известнойсхеме. При этом задание нужного алгоритма управления ключами можно также а его вход - к объединенным первымвходам логических элементов 4 И-НЕ 7678 и 80. Выход инвертора 73 подключенк объединенным вторым входам логических элементов 4 И-НЕ 75, 76, 79 и 80,а его вход - к объединенным вторымвходам элементов 4 И-НЕ 77 и 78. Входинвертора 74 подключен к объединеннымтретьим входам элементов 4 И-НЕ 79 и80 а его выход - к объединенным третьим входам элементов 4 И-НЕ 75-78.Четвертые входы элементов 4 И-НЕ 75-80являются соответственно 1-м - 6-м задающими входами Функционального преобразователя. В обоих вариантах(фиг.б и 7) Функциональные преобразователи имеют следующую выходную характеристику: осуществлять с помощью шнуровой коммутациии на наборном поле (аналогично набору схем в аналоговых вычислительных машинах);Функциональные преобразователи 8 на основании анализа совокупности сигналов поступающих с датчика 3 положения ротора формируют заданный исследователем алгоритм управления ключами преобразователя 2 частоты на периоде повторяемости электрома гнитных процессов 27/р, Для этого на их задающие входы с коммутаторов подаются постоянные сигналы х; , уровенькоторых соответствует требуемым значениям сигналов управления ключами преобразователя 2 частоты. На информационные входы всех Функциональных преобразователей 8 заводится информация с датцика 3 положения ротора об угловом положении ротора электро- механического преобразователя 1 в двоичном коде (сигналы а , а а). При этом каждый из функциональных преобразователей 8 Функционирует точно так же, как одноразрядное постоянное запоминающее устройство, выходом каждого функционального преобразователя на 1-м межкоммутационном интервале периода 2 и/р соединяется тот вход х, , индекс которого равен двоичному чйслу определяемому переменными ао, а , а , . Например, если в вентильном электродвигателе по Фиг.3 сигналы ао и а, имеют нулевой логический уровень а сигнал а -30 положительный логический уровень, свыходом каждого 1-го функциональногоФпреобразователя соединен вход х,(;+ 1 2 = 4) . Функциональные преобразователи могут быть выполнены, например, на базе логических элементов,реализующих1", на базе мультиплексоров или перепрограммируемых постоянных запоминающих устройств.На выходе преобразователя 9 кода"1 из и( а двоичный (шифратора) формируется двоичное число, соответствующее наивысшему из входов, на которыеподана единица, Он может быть выполнен а любом удобном виде, а том цислеи на стандартных интегральных микросхемах.Полунатурный стенд для испытанийвентильного электродвигателя, например при исследовании характеристиквентильного электродвигателя при отказахтипа Обрыв а цепи ключа" работает следующим образом. 25Алгоритм работы ключей 13-18 прирежиме, эквивалентном по влиянию напроцессы в электромеханическом преобразователе 1 отказам типа "Обрыв вцепи ключа 14", приведен на фиг,8,На основании указанного алгоритмавыбирается логический уровень сигналов х; (фиг,9). После этого постоянные сигналы х с помощью коммутато 1ров 7 подаются на задающие входы Х 1,Х 2, , Х 6 мультиплексоров 30-35.35Например, на входы Х 3 мультиплексоров 30-34 подаются постоянные сигналыхх нулевого логического уровня, а на аналогичный входмультиплексора 35 - сигнал х поло 40.жительного логического уровня, Крометого, на выход 5 блока задания режимаработы подается постоянный сигнал положительного логического уровня, запрещающий прохождение каких-либо сиг 45,налов с блока 6 Формирования сигналовуправления на управляющие входы ключей 13-18 преобразователя 2 частоты.При подключении питания в процессеработы вентильного электродвигателяв аварийном режиме информация считы"вается параллельно с соответствующихзадающих входов всех мультиплексоровс учетом направления вращения в следующей последовательности: Х 5-Х 1-Х 3- 55Х 2-Х 6-Х 4-Х 5 - для одного направлениявращения, и Х 2-Х 3-Х 1-Х 4-Х 3-Х 5-Х 2для другого,Аналогично могут быть воспроизведены процессы а электромеханическомпреобразователе 1 и при других аварийных режимах, возникающих при отказах элементов преобразователя 2 частоты, датчика 3 положения ротооа иблока управления, а также при некоторых других алгоритмах управления,В частности, пои алгоритме упра аления, позволяющем при отказах типа "Об.рыа в цепи ключа преобразователя частоты" сохранить двигательный режим атечение ьсего периода 27/р,Полунатурный стенд для испытанийвентильного электродвигателя с шестифазной обмоткой якоря и однополупериодным преобразователем 2 частоты(Фиг.4 и 6) при воспроизведении аварийного режима, возникающего при обрыве а выходной цепи 62 датчика 3 положения ротора, работает следующимобразом,При обрыве в выходной цепи 62 датчика 3 положения ротора сигнал управления на клюц 49 не поступает, при1этом остальные ключи 48, 50-53 работают по алгоритму нормального режима.Таблица состояния сигналов х1для такого режима приведена на фиг 11.Задание необходимого уровня сигна(лоа хосуществляется при помощикоммутаторов 7, Гигналы об угловомположении ротора на информационныевходы Функциональных преобразователей 8 поступают в двоичном коде спреобразователя 9 кода. Диаграммынапряжений а узлах функциональныхсхем Фиг.4, 6 (или 7) поясняют егоработу. Принцип работы устройствааналогичен описанным,Следовательно, общий путь воспроизведения аварийных режимов вентильного электродвигателя возникающихпри отказах элементов преобразователя 2 частоты, датцика 3 положения ротора и его системы управления, припомощи предлагаемого полунатурногостенда следующий.Необходимо зафиксировать вид отказа элемента и его проявление. Затем построить диаграмму работы ключей преобразователя 2 частоты приданном виде отказов или выявить алгоритм управления ключами, эквивалентный по своему влиянию на процессыв электромеханическом преобразователе 1 соответствующему отказу элемента. Далее по диаграмме следует вы12 где а а ,1536500явить эквивалентные значения сигналов диненными с коммутаторами, и выполненх на задающих входах функциональ- с выходной характеристикой1ных преобразователей 8, После этогоустановить при помощи коммутаторов 7 у =1(а а а ., )хтребуемые значения сигналов хипрои з води т ь и сследова ни я, Таким образом, полунатурный стенд для испытаний вентильного электродви гателя позволяет воспроизводить процессы в электромеханическом преобраЗователе вентильного электродвигателя при отказах элементов его преобразователя частоты датчика положения ро тора и системы управления, а также другие интересующие режимы с периодом повторяемости электромагнитных процессов 2 Ф/р в результате расширяются функциональные возможности за счет воспроизведения также аварийных режимов работы.Формула изобретения251. Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя, выполненного на базе электромеханичес,кого преобразователя с преобразователем частоты с 1 ключами и датчиком положения ротора с и выходами содержащий блок задания режима работы, Выход которого подключен к управляю-щему входу блока формирования сигналов управления ключами преобразователя частоты с информационными входами для подключения к выходам датчика лоложения ротора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что с целью расширения функциональных возможностей путем воспроизведения иаварийных режимов работы вентильного электродвигателя без конструктивных изменений его узлов, он дополнительно снабжен 1 коммутаторами и 1 функциональ 45 ными преобразователями, каждый из которых снабжен и информационными входами для подключения датчика положения ротора, 1 задающими входами, сое х,. ЪДлогические состояниясигнала соответственно на 1-м 2-ми-м информационныхвходах,логическое состояниесигнала на -м задающем входе -гоФункционального преобразователя;д Е 3 2, , 1;1 - индекс, определяемый1 возможными для данного типа вентильного электродвигателядвоичными комбинациями сигналов а,а , а ,;й;(ао а, , а ) - логическоепроизведение сигналова, а а соответствующих разрядам двоичного числа,определяемого индексом 1 с;выходы функциональных преобразователей образуют выходы устройства дляподключения к управляющим входам ключей преобразователя частоты.2, Стенд по ,п.1 о т л и ч а ющ и й с я тем, что в случае выполнения датчика положения ротора вентильного электродвигателя с числом выходов и равным числу ключей в преобразователе частоты, дополнительновведен преобразователь кода 1 из ив двоичный, с входами для подключенияк выходам датчика положения ротора,а выходы преобразователя кода подключены к соответствующим информационнымвходам 1 функциональных преобразователей, 153 б 500на онсрормацоокныгбады йрункцоанадьньи преаброз адамеей136500 К юечупуап 7 орап На упрабпявцоо Вх,р, а Кдоаа преоориод пеля Укооа .бй ь