Способ обнаружения и локализации отказов вентильного электродвигателя

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК САНИЕ РЕ Е ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский энергетический институт (72) В.К.Лозенко, О.Н.Хоцянова и В.А.Харитонов(56) Авторское свидетельство СССР М 1277340, кл. Н 02 Р 6/02, 1986.Патент ЯпонииМ 53-3042, кл. Н 02 Р 7/28 (55 С 2), 1978. (54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЛОКАЛИЗАЦИИ ОТКАЗОВ ВЕ НТИЛ Ь НОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ(57) 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 электроИзобретение 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 Ы 2, 1640798 А 1(51)5 Н 02 К 29/00, Н 02 Р 7/28 двигателя 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 напряжения с заданными штатными комбинациями согласно логике функционирования вентильного электродвигателя, контролируют полные токи 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. 2 л/р, где индексы импульсов соответствуют позициям элеме;нтов схемы.Способ обнаружения и локализации отказов вентильного электродвигателя, содержащего электрическую машину с в-секционной обмоткой якоря и числом пар полюсов р, двухполупериодный преобразователь частоты с анодной и катодной группами ключей соответственно Твь. Тм, 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:Тэь Тк преобразователя частоты по тактовой частоте работы устройства управления по положению ротора, сравни 16407985 10 15 Вентильный электродвигатель, ь котором реализован способ обнаружения отказов (фиг. 1), содержит электрическую. 20 30 35 вают комбинацию указанных импульсов напряжения с заданными штатными комбинациями согласно логике функционированиявентильного электродвигателя, контролируют полные токи 1 полн.а в анодной и 1 по,. в катодной группах ключей преобразователя частоты, устанавливают отсутствие указанных полных токов, кроме того, сравнивают , с заданным значением текущие значения полных токов 1 полн,а в анодной и 1 полн,к в катодной группах ключей и фиксируют превышения укаэанных токов над заданной величиной, и в зависимости от комбинации контролируемых параметров устанавливают характер отказа и место его проявления в вентильном электродвигателе. 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 вцполнена 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 двоичнодесятичнцй, 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 40 45 50 55 конкретном случае описывается следующейсистемой однотипных булевых функций;а - хур; Ь = угр; с = хр; б = хур: е = уа:К=кха,где а, Ь, с, с 1. е, 1 - импульсы напряжения навыходах 29-34 функционального п реобразователя 23; х, у, г - импульсы напряжения свыходов 26-28 датчика 5 положения ооторасоответственно; а - сигнал с выхода блока22 задания режима работы. Блок 22 заданиярежима работы выполнен по схеме последовательного коммутатора.Устройство 46, реализующее совокупность операций предлагаемого способа обнаружения и локализации отказоввентильного электродвигателя (фиг. 1), вданном конкретном случае содержит двакомпаратора 47 и 48, два нуль-органа 49 и50, два фильтра 51 и 52, функциональныйпреобразователь 53, постоянное запоминающее устройство 54, десятиканальныйфильтр 55 и индикатор 56 отказов.Входы компаратора 47 (48) и нуль-органа 49(50) объединены и подключены к выходу измерительного резистора 24 (25).Выходы компараторов 47 и 48 непосредственно, а нуль-органов 49 и 50 через фильтры51 и 52 подключены к входам 57-60 постоянного запоминающего устройства 54 соответственно, Пятый вход 61 постоянногозапоминающего устройства 54 подключен квыходу функционального преобразователя53, шесть информационных входов которого.связаны с соответствующими выходами 2934 функционального преобразователя 23,Управляющий вход функционального преобразователя 53 подключен к выходу блока22 задания режима работы. Выходы 62-71постоянного запоминающего устройства 54через десятиканальный фильтр 55 связаныс индикатором 56 отказов.В табл. 1 приведены возможные сочетания контролируемых параметров и соответствующие им аварийные режимы работывентильного электродвигателя.Рассматриваемая совокупность контролируемых параметров дает возможность нетолько выявить вид аварийного режима, нои позволяет конкретизировать место воэникновенияоткаэа. Аименно,различить отказы в силовой (и. 3, 4 в табл. 1) идискретной (п,5-10 в табл. 1) частях вентильного электродвигателя, При этом для большей части аварийных режимов (и. 3-9 в табл.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 и50 масут быть выполнены по любой извест 1640798ной 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 характеристи- Ку 5 10 .15 20 25 30 35 40 45 50 щий) ток протекает по контуру: источник питания - измерительный резистор 24 - транзистор анодной группы - секции 1,) обмотки якоря - транзистор катодной группы - измерительный резистор 25 - источник питания, а коммутационный (спадающий) ток замыкается по контуру: транзистор анодной (катодной) группы - секции, М, М)-диод катодной (анодной) группы - измерительный резистор 24(25) - транзистор анодной (катодной) группы. Например, в момент времени т 1 (фиг. 2) по сигналам датчика 5 положения ротора при открытом ключе 10 закрывается ключ 14 и открывается ключ 15. При этом 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 - измерительный 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 - ключ 10 - секция 7. Аналогичным образом происходит образование контуров и на других межкоммутационных интервалах. В нормальном режиме на каждом межкоммутационном интервале через один из измерительн ых резисторов (рассмотренном примере это резистор 24) протекает полный ток (ток Полн,а), определяемый суммой потребляемого и коммутационного тока, а через второй резистор (в 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 исправном состоянии устройства управления по положению ротора импульсы напряжения а, Ь, с, б, е, 1 поступают на управляющие входы ключей 10-15 согласно заданному алгоритму функционирования, математически определенному функцией 1. На каждом межкоммутационном интервале одно из семи логических произведений импульсов напряжения а, Ь, с, б, е, К с 1 совпадаютс заданным,а следовательно, функция 1 всегда соответствует логическому нулю. Это эквивалентно отсутствию нештатных комбинаций импульсов напряжения на управляющих входах ключей 10-15 преобразователя 2 частоты и сигналу нулевого 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 сигна 1640798" величин 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 тофиг, 2). Аналогич. ная информация с задержкой, определяемой параметрами бС-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 Я-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 Я-входы бЯ-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 в, Фиг, 2) ключ 11 не открываетсл 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 ц-т 4), оказывается отключенной от источника питания. Вращающий момент при этом создается только за счет коммутационного тока, спадающего по цепи: ключ 15 - измерительный резистор 25 5 10 15202530 3540 питания. Сигнал положительного логического уровня с канала 89 фильтра 55 через открытый ключ 110 поступает на Я-вход бЯ-триггера 99, На его выходе появляется сигнал положительного логического уровня, который открывает транзи 50 55 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 диод 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 (1 полн.а = =О), а выходное напряжение на измерительном резисторе 25 катодной группы определяется величиной коммутационного тока, Этот ток в начале рассматриваемого межкоммутационного интервала (момент времени с 2) равен полному току в (1 полг,к) в конце предыдущего межкоммутационного интервала, на котором обмотка якоря вентильного электродвигателя 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 сигналов нулевого логического уровня на выходекомпараторов 47 и 48 и на выходе нуль-органа 49, кроме того, формируется сигнал единичного логического уровня на выходе нуль-органа50, Учитывая, что датчик положения ротора 5 иФункциональный преобразователь 23 исправны, на выходе функционального преобразователя 53 сохраняется сигнал нулевого логического уровня, эквивалентный отсутствию нештатных комбинаций сигналов. Такимобразом, комбинация состояний контролируемых сигналов на входах 57-61(момент времени 2, фиг. 3) постоянного запоминающего устройства 54 соответствует поз. 3 табл, 1, определя- . ющей рассматриваемый вид отказов. Такая 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.С задержкой времени, определяемойпараметрами бС-цепи фильтра 55, на соответствующих входных каналах индикатора 56 отказов формируется аналогичная информация. Появление сигнала нулевого логического уровня на входеоткрытого ключа 108 приводит к срабатыванию формирователя 139 импульса, положительный сигнал которого обнуляет бЯ-триггер 97. Транзисторный ключ 119 переводится в закрытое состояние и светодиод 129 отключается от источника110 поступает через логической сумматор 118 на Я-вход ИЯ-триггера 107. На его инверсном выходе устанавливается сигнал нулевого логического уровня, закрывающий управляемые ключи 108-117. С этого момента (момент времени тз) 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 л/р (момент времени с и т 2(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.Крометого. 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 10 15 20 25 30 35 40 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 в-секционной обмоткой якоря и числом пар полюсов р, двухполупериодный преобразователь частоты с анодной и катодной груп- ПаМИ КЛЮЧЕЙ СООтВЕтСтВЕННО Тля Тл 1, 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 Тап, Тк преобразователя частоты по тактовой частоте работы устройства управления по положению ротора, сравнивают комбинацию указанных импульсов напряжения с заданными штатными комбинациями согласно логике функционирования вентиль- ного электродвигателя, о т.л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения селективности обнаружения отказов по месту их проявления, дополнительно контролируют полные токи 1 полн,л в анодной и 1 нолн,л в катодной группах ключей преобразователя частоты, устанавливают отсутствие указанных полных токов, кроме того, сравнивают с заданным значением текущие значения полных токов 1 оолн,л в анодной и 1 полн,к в катодной группах ключей и фиксируют превышения указанных токов над заданным значением, после чего в зависимости от комбинации контролируемых параметров устанавливают характер отказа и место его проявления в вентильном электродвигателе.12 1640798 Таблица 1 Наличие нештатНых СОС тояний Та,полн Тк.полн ЬВ и/и Характер отказа Превы- шение Превы- шение Наличие Наличие 1 2 0 1 0 0 Нормальный режим ПВ,ДВ при О= йанк,КЗ в ключе Т или диоде МОТ Обрыв в ключе Та в цепи;)-я секция ОЯ - ключ Та Обрыв в ключе Ты в цепи:-я секция ОЯ - ключ Тк Обрыв в упр. цепи ключа Так обрыв ЧЭа 1 в ДПР с фо = амк режимы ДТ с помощью Тк Обрыв в упр. цепи ключа Тк, обрыв ЧЭк в ДПР д = амк, режимы ДТ с помощью Та 1 Режим ДТ с помощью Тк Режим ДТ с помощью Та КЗ вупр, цепи ключа Т обрыв или КЗ ЧЭ в ДПР с3 0 0 0 О 0 0 0 0 8 9 0 1 1 0 1 1 Отказы в дискретной части вентильного электродвигателя10 Таблица 2 П р и м е ч а н и е. ДВ - двигательный режим; ПВ - режим противовключения;ДТ - режим динамического торможения; МОТ - мост обратноготока; КЗ - короткое замыкание; ОЯ - обмотка якоря;ЧЭк(а) - чувствительный элемент катодной (анодной) группы;ДПР - датчик положения ротора; ДТа(к),полн, - датчик полноготока в анодной (катодной) группе ключей преобразователя частоты;Так) - -й ключ анодной (катодной) группы преобразователячастоты; ак - угловая длительность межкоммутационногоинтервала; ф - угловая длительность сигнала ДПР; О - уголопережения включения.