Способ аварийного пуска вентильного электродвигателя в заданном направлении

ГОСУДАРСТВЕННЬЮ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) А.А.Иванов и Ц.К.Лоэенко71) Московский ордена Ленина иордена Октябрьской Революции энергетический институт(54)(57) СПОСОБ АВАРИЙНОГО ПУСКА В3 АдАннОм нАпРАВлении ВентильнОГОЭЛЕКтРОДВИГАтЕЛЯ, содержащего синхронную машину, управляемую от преобразователя частоты по сигналамдатчика положения индуктора, прикотором подают команду на движениеиндуктора в заданном направлении засчет открытия клБчей преобразователя частоты в определенной комбинации, контролируют неподвижное состояние индуктора. затем подают команду на управляющие цепи ключей(511 Н 02 Р 1/04, 6/02// Н 02 К 29/О преобразователя частоты, обеспечивающую другую комбинацию их включения, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения надежностипуска при отказе в вентильном электродвигателе, эквивалентном неисправности типа обрыв клБча преобразователя частотыф, команду подают надвижение индуктора в противоположном направлении, обеспечиваБщуБ перемещение индуктора на угол ( , причем л- М а+-чуб- аа -1 де в яр - числа секций и пар полБ Есов синхронной машиными ь - относительная величина перекрытия последовател но работающих клБчей преобразователя частоты .К=0,1,2 целое число, осле чего подаБт команду йа движеие индуктора в заданном направлеии.Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах с вентиль- ными электродвигателями.Известны различные споссбы пуска вентильного электродвигателя, в част ности, подключением преобразователя частоты к источнику электрической энергии, при этом дополнительные источники питания датчика положения ротора и предварительных каскадов 10 усиления преобразователя частоты должны быть подключены к своим потребителям; подключением к дополнительному источнику питания датчика положения ротора,при этом источник 15 электрической энергии и дополнительный источник питания предварительных каскадов усиления преобразователя частоты должны быть подключены к своим потребителям; подключением, к 20 дополнительному источнику питания предварительных каскадов усиления преобразователя частоты, при этом источник электрической энергии и дополнительный источник питания датчика 25 положения ротора должны быть подключены к своим потребителям 1 .Однако при таком подключении возможно возникновение аварийных режимов в процессе пуска вентильного электродвигателя.Наиболее близким к предложенному является способ аварийного пуска в заданном направлении вентильного электродвигателя, содержащего синхронную машину, управляемую от преобразователя частоты по сигналам датчика положения индуктора, при котором подают команду на движение индуктора в заданном направлении за счет открытия ключей преобразовате ля частоты в определенной комбинации, контролируют неподвижное состояние индуктора, затем подают команду на управляющие цепи ключей преобразователя частоты, обеспечивая ком бинацию их включения, отличную от первоначальной 23 .Отказ в вентильном электродвигателе, эквивалентный неисправности типа обрыв ключа преобразователя частоты, не является абсолютным отказом, Вентильный электродвигатель в целом сохраняет работоспособность, но с ухудшенными электромеханическими характеристиками за счет того, что одна или какая-то комбинация секций якорной обмотки не подключается к источнику электрической энергии.Вентильный электродвигатель с таким отказом развивает и пусковой момент, 60 однако не во всех положениях индуктора синхронной машины. Те положения индуктора, при которых вентиль ный электродвигатель не развивает пускового, момента, называют мертными точками" . Имеется ряд устройств, где вентильный электродвигатель в течение определенного отрезка времени работает без регламентных ремонтов, например электро- приводы авиационных механизмов. К таким вентильным электродвигателям предъявляется требование очень высокой надежности. Использование известного способа аварийного пуска неприемлемо в укаэанном классе объектов из-за низкой надежности, поскольку при любом отказе в вентильном электродвигателе, эквивалентном неисправности типа обрыв ключа преобразователя частотыф, не являющим,ся абсолютным отказом, при определенных положениях индуктора вентильный электродвигатель может не запуститься или запуститься в противоположном заданному направлении.Цель изобретения - повышение надежности аварийного пуска при отказе в вентильном электродвигателе, эквивалентном неисправности типа обрыв ключа преобразователя частоты.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу аварийного пуска в заданном направлении вентильного электродвигателя, содержащего синхронную машину, управляемую от преобразователя частоты по сигна" лам датчика положения индуктора, при котором подают команду на движение индуктора в заданном направлении за счет открытия ключей преобразовате" ля частоты в определенной комбинаций, контролируют неподвижное состояние индуктора, затем подают команду на управляющие цепи ключей преобразова" теля частоты, команду подают на дви" жение индуктора в противоположном направлении, обеспечивающую перемеще" ние индуктора на угол ф , причемгде щ и о " числа секций и пар полю"сов синхронной машины;Ь - относительная величинаперекрытия последовально работающих ключей преобразователя частоты)с=0,2,2целое число,после чего но той же цепи подают команду на движение индуктора в заданном направлении.На фиг, 1 дано устройство для управления вентильным электродвигателем с трехфазным однополупериодным преобразователем частоты; на фиг, 2- эпюры напряжений на чувствительных элементах датчика положения индуктора и токов в ключах преобразователя частоты вентильного электродвигате- лямФ 1Рассмотрим совокупность операций теля выведен из положения мертвойдля случая обрыва одного ключа пре- точкиф, может быть подана командаобразователя частоты, Форма подачи на движение в заданном направлении.команды на движение индуктора вен- При этом выбор вида команды на движетильного электродвигателя в задан- ние в заданном направлении зависитном направлении для данного способа 5 от конкретной схемно-техническойМожет быть различной. Контролировать реализации способа, Для упрощениянеподвижное состояние индуктора в предпочтительнее эту команду, кактом положении, при котором управляю- и команду на движение в противопощий сигнал поступает на неисправный ложном направлении, подавать по цеключ, можно как визуально, так и по 10 пям управления ключами преобразовасигналам специальных датчиков, на- теля частоты, например по цепи пи"пример, по отсутствию импульсов с тания датчика положения индуктора,датчика положения индуктора, по сиг- Рассмотрим реализацию способа нанал специального датчика частоты вентильном электродвигателе с трехвращения и др, Команда должна быть 15 фазным однополупериодным преобразоподана по цепям управления ключамипреобразователя частоты, например, двигатель содержит синхронную машипо цепи питания датчика положения ну 1, преобразователь частоты 2 ииндуктора. Подача команды на движе- . датчик положения индуктора 3. Син-,ние индуктора вентильного электро- хронная машина 1 содержит установдвигателя в противоположном направ 20ленные на статоре секции - , ри 4-6 яколенин по любой другой цепи, напри- ной обмотки и вращающийся индуктормер изменением полярности источника 7, например постоянный магнит. Преэлектрической энергии при двухпро- образователь 2 частоты собран наводных ключах преобразователя часто- трех ключах 8-10, выполненных в ты или измененизменением полярности источнир ости источни- данном случае на транзисторах. датчик 3 положения индуктора содержитка питания обмотки возбуждения в слутри чувствительных элемента 11-13,чае использования вентильного элеккоторые используются для формироватродвигателя с электромагнитным возб ждением, не вызывает каких-либо ния сигналов для одного направлениядвижений индуктора, поскольку неУ30вращения, три чувстустранена основная причина, из-за та 14-16 для формирования сигналовкоторой индуктор вентильного элек- противоположного направления вращетродвигателя оказался в неподвижномния и вращающийся сигня сигнальный элементсостоянии. В данных случаях сохраня, Секции 4-6 якорной обмотки син"ется ситуация,при которой сигнал с З 5 хронной машины имеют общую клемму,чувствительного элемента датчика по- которая через управляемый контакторложения индуктора поступает на не подключена к плюсовой клемме исисправны й ключ преобразователя час- точника 19 электрической энергии.тоты, что не позволяет вывести индук Свободные клеммы - подтор в ентильного электродвигателя из 40 коллекторным выводам транзисторовмертвой точки 1, Подача же команды 8-10 соответственно, эмиттер ные вывона движение индуктора в противополож- ды которых объединены и подключеныном направлении по цепям управления к минусовому выводу источника 19ключами преобразователя частоты, на- электрической энергии. Базовые вывопример по цепи питания датчика поло ды транзисторов связаны с чувствительжения индуктора, вызывает включение ным элементом датчика 3 положениядругого кго ключа или комбинации ключей индуктора. Базовый вывод транзистоо ых не будет неисправного ра 8 связан с чувствительными элесреди которых не14 базовый вывод транключа преобразователя частоты, Вен- ментами 11 и , азовы втильный электродвигатель развивает зистора 9 с чус ч вствительными элеменпусковой момент, что приводит к пере- тами 12 и 16, а базовый вывод трануктора в направлении, зистора 10 с чувствительными элемен 13 и 15. Цепи питания чувстви 11-13 че ез нормальобратном заданному на некоторый угол тами 13 и 15. Цепи питания ч(" . Ниже определены средства регистра тельных элементов - рции и отн осительное значение угла , но замкнутый контнтакт 20 пе еключате 55 ны к пе вомРна которое должене олжен быть перемещен ин ля 21 реверса подключе р ум источник 22 питактор вентильного электродвигателя вспомогательному источнику дуктос тем, чтобы при подаче команды на ния. Цепи питан уания ч вствительных эледвижение индуктора в заданном направ. ментов 1 - р рв 14-16 че ез нормально разомклении был осуществлен успешный за- нутый контакт 23 переключателя 21пуск вентильного электродвигателя. 60 ревер д160 е е са по ключены к второму вспомоие движения индуктора гательному источнику 24 питания. ПеВозникновениееключатель 21 реверса содержит кавентильного электродвигателя созда- реключательет предпосылки для вывода индуктора тушкуу рт к 25 п авления, которая через из положения мертвой точки . огКог- управляемый контактор 26 подключенаьном источнику 27. да индуктор вентильного электродвига 65 к вспомогательному источникуУправляющий вход контактора 26 может быть связан с информационнымвыходом 28 тахометрического устройства 29 с вращающимся индуктором 30и дополнительно через логическийблок (не показан) может быть подклю.чен к информационному выходу датчика потребляемого тока, в качествекоторого может быть использованконтактор 18, имеющий конечную величину активного сопротивления вовключенном состоянии. Индуктор 7синхронной машины 1, сигнальныйэлемент 17 датчика 3 положения индуктора н индуктор 30 тахометрического устройства 29 установлены на 15общем валу.Рассмотрим работу устройствадля случая, когда число пар полюсовсинхронной машины Р - 1, а угловойразмер у сигнального элемента 17 20датчика 3 положения нндуктора выб"ран из условия работы транзисторовс перекрытием, равным 2 и ь . Чувствительные элементы формируют сигналына включение транзисторов, если они 25перекрыты сигчальным элементом 17 датчика 3,Рассмотрим работу устройства врежиме управления оператором, чтовозможно для инерционных электродви.гателей. В исходном состоянии замкнут нормально замкнутый контакт 20 и разомкнут 23, что соответствует заданию ча вращение вентильного электродвигателя по часовой стрелке и ра. зомкнутому состоянию контактора 26. Пусть, в вентильном электродвигателе имеет место отказ, эквивалентный неисправности типаффобрыв ключа преобразователя частотыф. К такому виду неисправности могут быть отнесены 40 обрыв цепи эмиттер - коллектор транзистора, например 8, любой обрыв в цепи секция 4 якорной обмоткитранзистор 8, любой обрыв в управляющей цепи транзистора 8 и др. Включением 45 контактора 18 подается команда на дви. жение индуктора вентильного электродвигателя в заданном направлении, в бранном случае по часовой стрелке.На фиг. 2 а представлены эпюры50 напряжений иа чувствительныхэлементах и токов через транзисторы 8-10, поясняющие порядок переключения транзисторов при вращении индуктора 7 по часовой стрелке, иа Фиг. 2 о - то же, для случая вращения индуктора против, часовой стрелки. Направления осей абсцисс приняты взаимно противоположными для иллюстрации противоположных направлений вращения электродвигате ля. Заштрихованные эпюры иллюстрируют отказ в вентильном электродвигателе - обрыв транзистора 8. Если иидуктор 7:вентильного.электродвигателя в момент включения контактора 18 65 Ф занимает любое положение, вне углового интервала, обозначенного, то к источнику 19 электрической энергии подключена одна из секций 5(6) или их комбинация. Вентильный электродвигатель. развивает вращающий момент и индуктор 7 может запуститься, если вращающий момент, созданный включенными секциями, достаточен для того, чтобы индуктор 7 проскочил угловой интервал (, по инерции. При этом оператор в момент включения фиксирует наличие тока, потребляемого вентильным электродвигателем,. и наличие сигнала о вращении вентнльного электродвигателя с информационного выхода 28 тахометрического устройства 29, Осуществляется запуск вентильного электродвигателя.Если в момент включения контактора 18 индуктор 7 вентильного электродвигателя занимает любое положение в угловом интервале, обозначенном ( то индуктор 7 вентильного электродвигателя остается в состоянии покоя, так как секция 4 не может быть подключена к источнику 19 иэ-за обрыва транзистора 8, Оператор фиксирует на информационном выходе датчика тока (контактор 18) отсутствие тока, потребляемого вен-: тильным электродвигателем, и отсут-. ствие сигнала о вращении вентильного электродвигателя. Это служит оператору информацией о том, что необходимо по цепи питания датчика 3 .положения индуктора подать команду на.движение индуктора 7 в противоположном направлении. Дпя этого оператор включает контактор 26, нормально замкнутый контакт 20 размыкается, а нормально разомкнутый контакт 23 замыкается. Этой операцией осуществляется подача команды на реверс. Первый вспомогательный источник 22 отключается, а второй вспомогательный источник 24 подключается к чувствительным элементам 14-16. Из эпюр напряжений (фиг, 2 Я ) видно, что в этом случае (индуктор 7 находится в угловом интервале Ф ) включен один из нормально функционирующих транзисторов 9(10) или их комбинация. К источнику 19 электрической энергии подключена одна из секций 5(6) или их комбинация. Вентильный электродвигатель развивает вращающий момент и индуктор 7 перемещается в направлении, противоположном заданному (против часовой стрелки). Определим, на какой уголь нужно переместить иидуктор 7 с тем, чтобы после подачи команды на движение индуктора 7 в заданном направлении пуск веитильного электродвигателя оказался успешным. Необходимым, но недостаточнъэи для всех условий эксплуатации условием успешного пус-,1124416 Щ 2;в(1 ъ- вйсс ЯзвВНИИПИ аказ.8295/43 бб Подписно Филиал П атент", г. од, ул.цроектная, 4 ка является вывод индуктора 7 из.зоны М . Учитывая, что индуктор 7может занимать любое положение взоне Ч , для искомого угла получим где а - число секций якорной обмоткисинхронной машины;041 ) в - относительная величина углаперекрытия последовательно работающих ключей.Учитывая, что число пар полюсов р синхронной машины может быть отлично от единицы и что электромагнитные процессы в вентильном электродвигателе имеют повторяемость на каждом периоде, окончательно для искомого угла ц получимъ1 Ьф фас 3 ФЬ й где М с 0,1,2- целое число.Индуктор 7, перемещаясь в направлении, противоположном заданному, неизбежно пдйадет в зону ), в кото рой потребляемый вентильиьаа электродвигателем ток становится равным нулю, так как в этой зоне секция 4 оказывается неподключенной к источнику 19 электрической энергии, поскольку управляющий сигнал поступаетна отказавший транзистор 8.Отсутствие потребляемого тока может служить информацией оператору 5на подачу команды на движение индуктора 7 в заданном направлении, длячего он размыкает контактор 26. Контакты 20 и 23 возвращаются в нормальное состояние. Из эпюр напряжений 10(фиг. 2 а ) видно, что в этом случае 0 (индуктор 7 находится в угловом интервале) включен один из нормально функционирующих транзисторов 9(10)или их комбинация. К источнику 19электрической энергии подключена 15 одна нз секций 5(6) или их комбинация. Вентильный электродвигательразвивает вращающий момент и индуктор 7 перемещается в заданном направлении.2 Таким образом, введение дополнительных операций реверса, перемещения индуктора 7 на уголФ и повторного реверса позволяют осуществитьпуск вентильного электродвигателяв аварийной ситуации при отказе, эквивалентном неисправности типа фобрыв ключа преобразователя частотыф.Вероятность пуска вентильного электродвигателя, содержащего такую неисправность, составит приблизитель"но 0,95 против 0,75 для известноговентильного электродвигателя.