Способ управления вентильным электродвигателем

ВИДЕТЕЛЬСТВ И АВТОРСКОМ щкк 7 ктают аю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт(56) Магнитофон "Весна", Техни -ческое описание и инструкция по ремонту. МПЛ,2,940,000.РД. ДвигательБДС, Техническое описание и инструкция по ремонту. МП 3.120,001,РД,1978, с.90-91,Овчинников И,Е.Лебедев Н,И. Бесконтактные двигатели постоянного тока. Л.: Наука, 1979, с.58-61,(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к областиэлектротехники и может быть использовано для управления вентильным электродвигателем. Цель изобретения - повышение надежности в работе при неисправности типа "обрыв диода обратного моста". Способ управления состоитв том, что при помощи ключей двухполупериодного преобразователя частоты(ДПЧ) периодически подключают к источнику питания и отключают от негокомбинации секций обмотки якоря элерической машины, Контролируют длительность протекания коммутационного тока через диоды обратного мостаДПЧ. Фиксируют возникновение перенапряжений на ключах ДПЧ в момент их отключения, Повторно включают эти клюа секции обмотки якоряисточника питания. Уста длительность включенного состояния ключей, равной длительности протекания тока через диоды обратного моста. После этого вновь осуществляют перно- б дическое подключение к источнику питания и отключение от него секций обмотки якоря, Таким образом, при обры- ( ве диода обратного моста снятие перенапряжения с соответствующего ключа обеспечивается образованием электрического контура для замыкания ЭДС иМвв протеканием коммутационного тока че- ф рез диоды обратного моста за счет4 ь энергии, запасенной в индуктивности " отключаемой комбинации секций обмот- Ю ки якоря. 5 ил, ФФИзобретение относится к эдектротехнике и может быть использовано и вентильных электроприводах.Целью изобретения является повьпдение надежности работы при неисправности типа "обрыв диода обратного моста .На Фиг. 1 изображена схема силовой части вентильного электродвигателя с двухполупериодным преобразоО вателем частоты и трехсекционной обмоткой якоря электрической машины; на Фиг.2 - эпюры напряжений на элементах схемы на Фиг,1 в нормальном; режиме работы; на Фиг. 3 - то же, в аварийном режиме работы при обрыве диода обратного моста для одного направления вращения вентильного электродвигателя; на Фиг, 4 - то же, дпя противоположного направления20 вращения вентильного электродвигателя; на Фиг.5 - пример реализации способа управления вентильным электродвигателем.)гСовокупность операций предлагаемого способа рассмотрена на примере управления вентильным,электродвигателем с двухполупериодным преобразователем частоты и трехсекционной обмоткой.якоря электрической машины, схема силовой части которого изображена на Фиг,1. Вентильный электродвигатель содержит электрическую машину 1, двухполупериодный греобразователь 2 частоты и датчик 3 положения ротора. Злектрическая машина 1 содержит три секции 4-6 обмотки якоря и вращающийся индуктор (ротор) 7, установленный на валу 8, на котором размещен также датчик 3 положения ротора. Двухполупериодный преобразователь 2 частоты выполнен на шести ключах (транзисторах) 9-14 и шести диодах 15-20 обратного моста 21 связанного с ключами 9-14 через измерительные резисторы 22 и 23. Преобразователь 2 частоты подключен к источнику питания (не показан), Датчик 3 положения ротора Формирует управляющие сигналы для открытия квочей 9-14 двухполупериодного преобразователя 2 частоты. Наличие напряжения на ключах (диаграммы на Фиг.2-4) свидетельствует о том, чтоэтот ключ открыт.Устройство для управления вентильньы электродвигателем, в котором реапизован предлагаемый способ, показано на Фиг. 5.Для управления выбран тот же вентильний электродвигатель, который изображен на Фиг.1, причем одни и те же элементы на фиг.1 и 5 обозначены одинаковыми позициями. Устройство для управления содержит также измерители 24-29 перенапряжений на ключах 9-14 двухполупериодного преобразователя 2 частоты, бпоки 30-35 повторного включения ключей 9-14 и устройство 36 для отключения секций обмотки якоря электрической машины от источника питания на время равное длительности протекания коммутационного времени, Устройство также содержит дополнительный источник 37 питания датчика 3 положения индуктора, два нуль-органа 38,39, ВБ-триггер 40 стабилитроны 41-49, источникединичного сигнала и блок 50 Формировани;, сигналов управления, Измерители 24-25 (26-27 28-29) перенапряжений попарно с помощью трех стабилитронов 41-43 (44-46; 47-49) подключены к двум ключам 12-9 (10-13;14-1.) преобразователя 2 частоть:,.образующим его ветвь. Измерители перенапряжений выполнены в виде р.ле например электронных, и поэтому соответственно обозначены Р 2-Р 7, Источник ч 1единичного сигнала подключен через первые нормально разомкнутые контакты Р 2.1-Р 7,1 указанных измерителей Р 2-Р 7 (24-29) перенапряжений кБ-входам КБ-триггеров 30-35, на базекоторых выполнены блоки 30-35 повторного включения ключей 9-14, а через вторые нормально разомкнутые контакты Р 2.2-Р 7.2 измерителей Р 2-Р 7,-4-.9) перенапряжений - к Б-входуКБ-триггера 40, К-входы всех ВБ-триггеров 30-.35 и 40 объединены и подключены к объединенньм выходам нуль- органов 38,39, подключенных входами к измерительным резисторам 22,23. Выход каждого ЕБ-триггера ЗС (31-35) подключен к управляющему входу кпюча 9 (12,3,10,11,14) греобразовате.пя 2 частоты. Выход Б.Б-триггера 40 подключен к входу устройства 36 дпя отклкчения секций обмотки якоря электрической машины, выполненного на базе реле Р 1, например электронного, через нормально замкнутые контакть Р 1,1 которого дополнительный источник: 37 питания подключен к дат12 ч 62644ния на ключе 14 н момент его отклю 20 25 ЗО 35 чику 3 положения ротора, Г 1 ногоканальный выход датчика 3 положения индуктора через блок 50 формированиясигналов управления подключен к управляющим цепям ключей 9-14 преобразователя 2 частоты. Формы выполненияреле Р 1-Р 7 и нуль-органов 38,39 несущественны с точки зрения функционирования устройства,На фиг. 2 диаграммами иллюстрируется известный способ управления исправным вентильным электродвигателем, согласно которому периодическиподключают к источнику питания и отключают от него комбинации секций6-5, 6-4, 5-4, 5-6, 4-6, 4-5 обмотки якоря электрической машины с помощью ключей 9-14, 9-10, 11-10,11-12, 13-12, 13-14 двухполупериодного преобразователя 2 частоты иконтролируют длительность Ч протекания коммутационного тока черездиоды 15-20 обратного моста 21 и измерительные резисторы 22-23, В момент отключения ключа 14 и включения ключа 10 при включенном ключе 9(фиг.2) для отключенной комбинациисекций 6-5 за счет возникающейэлектродвижущей силы (ЭДС) самоиндукции организуется разомкнутьплэлектрический контур по элементам6-5-17-22-9-6, в котором протекаеткоммутационный ток за счет энергии,запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций обмоткиякоря. При отключении других ключейорганизуются другие электрическиеконтуры для замыкания ЭДС самоиндукции. Предположим, что в процессе работы вентильного электродвигателя произошел обрыв диода 17 обратного моста 21. В этом случае (фиг.3) в момент отключения ключа 14 и включения ключа 10 при включенном ключе 9 возникает ЭДС самоиндукции за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций 6-5 обмотки якоря. Однако из-за обрыва диода 17 замкнутого электрического контура не организуется. На секциях 6-5 возникает ЭДС самоиндукции, которая через открытый ключ 9, суммируясь с напряжением источника питания, прикладывается к закрытому55 ключу 14, в результате чего ключ 14 может быть пробит, О возможности измерения возникающего перенапряжечения с помощью конкретных средствбудет подробно сказано ниже, а сейчас, положим, что измерение указанного перенапряжения осуществлено.Это является информацией для изменения алгоритма работы вентильногоэлектродвигателя для исключения пробоя ключа (трапзистара) 14, Согласно предлагаемому способу надо повторно включить указанный ключ 14,т.,е, тот ключ, который был передэтим отключен и на котором возниклоперенапряжение, а секции обмоткиякоря электрической машины отключитьот источника питания, например, отключив ключи 9 и 10. В этом случаеорганизуется замкнутый электрический контур 6-5-1 ч-18-6, в котором протекает комг 1 утационныйл ток засчет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций6-5 обмотки якоря, При этом перенапряжение, возникшее на ключе 14, исчезает, Согласно предлагаемому способу длительность включенного состояния ключа 14 и соответственно времяэтключения секций 4-6 обмотки якоря электрической машины устанавливают равным длительностипротеканиякоммутационного тока через диод 18обратного моста 21. Длительностьпротекания коммутационного тока можно контролировать с помощью измерительного резистора 23. Как толькокоммутационный ток станет равным нулю, восстанавливают периодическоеподключение (в рассматриваемый момент с помощью ключей 9,10) к источнику питания и отключению от негокомбинаций секций обмотки якоря электрической машины. Такгж образом, для вентильногоэлектродвигателя, в которомвозникла неисправность типа обрывдиода обратного моста, устанавливается следующий измененный алгоритмработы ключей двухполупериодногопреобразователя частоты: 9-14, 9-10 р14, 9-10, 11-10, 11-12, 13-12, 13-14.При вращении вентильного электродвигателя в противоположную сторонупредлагаемый способ управления не изменяется, Этот случай иллюстрируется диаграммами на фиг.4. При отключении ключа 14 и возникновении нанем перенапряжения, этот ключ повторно включается на время протекания5 1246 коммутационного тока, а секции 4-6 обмотки якоря отключаются от источника питания. При оборванном диоде 17 коммутационный ток при повторном включении ключа 14 замыкается через диод 16, а для вентильного электродвигателя устанавливается следующий алгоритм работы ключей преобразователя частоты: 9-10, 9-14, 13-14, 13-12, 14, 13-12, 11-12, 11-10. 10Таким образом, описанный способ управления вентильным электродвигателем при обрыве диода обратного моста обеспечивает функционирование электродвигателя, однако с несколько 5 ухудшенными электромеханическими характеристиками за счет того, что в течение времени, за которое индуктор вентильного электродвигателя повернется на угол Ч , электродвига тель будет отключей от источника питания. Вращающий момент электродвигателя на этом временном интервале будет создаваться только за счет коммутационного тока. Величина угла 25 Ю -9 для магнитоэлектрических машин 2 1не превышает (0,3-0,4)К, где К = / - угол коммутации; ш - число секций обмотки якоря электрической машины,Примем, что исправный вентильный 30 электродвигатель развивает мощность Р . Тогда мощность Р, которую раз- Нвивает неисправный вентильный электродвигатель, равна03-:О 4Р = (1 -- - - ) Ря 1для ш = 3 получимР = (0,95-,0,93) Ри.Таким образом, неисправный вентильный электродвигатель с предлагаемым способом управления обеспечивает нормальную работу при обрыведиода обратного моста, При этом онразвивает мощность всего на 5-7%меньшую, чем исправный электродвигатель.Возможность технического осуществления способа управления вентильным электродвигателем показана наФиг,5,Устройство для управления вентильным электродвигателем работает следующим образом,При исправных диодах 15-20 обратного моста 21 перенапряжений на клю 264 бчах преобразователя 2 частоты невозникает измерители 24-29 перенапряжений не срабатывают, нормально замкнутый контакт Р 1,1 реле Р 1 под,ключает к дополнительному источни 1 ку 37 питания датчик 3 положения ро,тора который через блок 50 формирования сигналов управления управляет ключами преобразователя 2 частоты. Вентильный электродвигатель работает в нормальном режиме, который показан диаграммами на фиг.2. В случае обрыва одного из диодов, например 17 обратного моста, согласно изобретению изменяется алгоритм работы вентильного электродвигателя, В момент отключения ключа 14 и включения ключа 10 при включенном ключе 9 возникает ЭДС самоиндукции за счет энергии, запасенной в индуктивностк отключаемой комбинации секций 6-5 обмотки якоря. Указанная ЭДС самоиндукции, суммируясь с напряжением источника питания, прикладывается к закрытому ключу 4, Стабилитрон 48 пробивается, измеритель 28 (Р 6) перенапряжений срабатывает и замыкает свои первый Р 6,1 и второй Р 6,2 нормально разомкнутые контакты. КБ-триггеры 35 и 40 срабатывают и подключают источник "1" единичного сигнала,", первый (35) - на управляющий вход ключа 14 преобразователя 2 частоты а второй (40) - к устройству 36 (Р 1) для отключения секций обмотки якоря от источника питания. Нормально замкнутые контакты Р.1, размыкаются, дополнительный источник 37 питания отключается от датчика 3 положения ротора и на его выходе исчезают управляющие сигналы. Все ключи преобразователя 2 частотыза искгпочением ключа 14, на управляющий вход которого с. КЯ-триггера 35подан отпирающий сигнал, размыкаются и секции обмотки якоря отключаются ат источника питания. При вклочении ключа 14 организуется замкнутыйэлектрический контур 6-5-14-23-18-6,в каторсм протекает коммутациочныйток за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинациисекции 6-5 обмотки якоря, При этомперенапряжение, возникшее на ключе14, исчезает и следовательно, не может достичь напряжения пробоя ключа 14, Однако ключ 14 остается включенным, поскольку триггер управляю 12462 б 4щим сигналом по Б-входу установленв состоянии логической единицы. Поизмерительному резистору 23 протекает коммутационный ток, в момент равенства нулю которого нуль-орган 39гсрабатывает и своим выходным сигналом по К-входам переводит ЕЯ-триггеры 35 и 40 в состояние логическогонуля. Ключ 14 отключается, а нормально замкнутый контакт Р 1,1 реле Р 1 10подключает датчик 3 положения ротора к дополнительному источнику питания. На выходе блока 50 формирования сигналов управления восстанавливаются сигналы управления, соответствующие тому угловому положению индуктора электрической машины .в котором коюиутационный ток стал равным нулю. Для вентильного электродвигателя восстанавливается нормальный 20алгоритм управления до очередногоотключения ключа 14, при котором описанные выше процессы повторяются.При выходе из строя любого другогодиода, например 18 обратного моста, 25каждый раз будут срабатывать релеРЗ и Р 1, обеспечивающие отключениесекций обмотки якоря от источникапитания и включение ключа 9 для Организации замкнутого электрического ЗОконтура для протекания коммутационного тока,Данное устройство является неединственным и показывает лишь принципиальную возможность реализациипредлагаемого способа управления.Эффективность применения изобретения увеличивается с ростом мощности вентильного электродвигателя,поскольку существенно возрастает щоэнергия, запасенная в индуктивности Отключяемой секции и 1 еренапряже -ния, возникающие при обрыве диодаобратного моста, могут стать зцачительными.Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность работы вентильного электродвигателя при Обрыве диода обратного моста д;".ухпозиш 1 онн 01 О преобразовател 51 "1 астс"1 ыФормула и з о б р е т е н и яСпособ управления вецтильным электродвигателем, согласно которому периодически подключают к источнику питания и отключают От него ка:,б 11- напии секций Обмотки 51 коря Злектт)и ческой машины. - .ри помощи копочай двухполупериодного преобразователя частоты и контролируют длительность протекания коммутационного тока через диоды обратного моста указанного преобразователя, с т л и ч а ю - щ и Й с я тем что, с целью пов 111 пе Н 11 я надежности в работа при неисправности типа "Обрыв диода обратного моста", Фиксируют возникновение перенапряжеци 11 ца ключах двухполупериодного преобразоьателя частоты н момент их отключения повторно включают ключи, а секции Обмотки якоря электрической,машинь 1 Откл 1 очают От источника питания, устацавлива 1 отдлительность вкл 1 очеццого состояц 1 И 1 ключей равной длительности протака -ция коммутационного тока через диоды обратного моста, после чего восстанавливают периодическое подключение к источн 11 ку питания и Отктпочание от него комбинаций секций Обмотки якоря электрической машины.17 8У) ги с Составител: А.БабакТехред Н.Вонкало ктар Л.,Пнлипен едактор А.Ворови аказ 4015/50 Тираж 6 ВНИИПИ Государстве по делам изобр 113035, Москва, Ж 1 Подписноного комитета СССР тений и открьтий5, Раупская наб., д.4/ роизводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,Проектная,