Однотактный импульсный регулятор напряжения для вентильно-индукторного электродвигателя
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для управления, регулирования напряжения статорной обмотки, стабилизации частоты вращения и ограничения тока в вентильно-индукторном электроприводе и электроприводе с двигателем постоянного тока. Однотактный импульсный регулятор напряжения для вентильно-индукторного электродвигателя содержит силовой ключ, подключенный к выводу фазы обмотки статора электродвигателя и отрицательному выводу источника питания, параллельно подключенный к силовому ключу диод, анод которого соединен с отрицательным выводом источника питания, а катод подключен к выводу фазы статорной обмотки. Параллельно фазе статорной обмотки электродвигателя подключен диод, анод которого соединен с первым выводом фазы обмотки статора, а катод подключен ко второму выводу фазы статорной обмотки электродвигателя. Параллельно как силовому ключу так и фазе статорной обмотки подключены свои оптроны, информационные выходы которых и вход управления силовым ключом соединены с микроконтроллером. Дополнительно к статорной обмотке фазы вентильно-индукторного электродвигателя и к положительному выводу источнику питания подключен защитный элемент. Защитный элемент соединен с микроконтроллером. Технический результат: повышение отказоустойчивости, вентильно-индукторного электропривода при неисправностях типа: «невыключение», «невключение» ключа преобразовательной ячейки или обрыв обмотки статора, а также диагностика и выявление неисправностей типа «обрыв фазы», «невключение» или «невыключение» силового ключа. 2 з.п. ф-лы, 3 ил, 1 табл.
Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для управления, регулирования напряжения статорной обмотки, стабилизации частоты вращения и ограничения тока в вентильно-индукторном электроприводе и электроприводе с двигателем постоянного тока.
Известна однотактная схема импульсного регулятора напряжения для электропривода постоянного тока (Рынок микроэлектроники //Мощные полевые транзисторы в современном электроприводе - 2001. - 
6.- Режим доступа: http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/01_07/stat_44.htm), выбранная в качестве прототипа, содержащая электродвигатель постоянного тока, силовой ключ, подключенный к выводу обмотки статора электродвигателя постоянного тока и отрицательному выводу источника питания и параллельно подключенный к силовому ключу диод, анод которого соединен с отрицательным выводом источника питания, а катод подключен к выводу статорной обмотки. Параллельно статорной обмотке электродвигателя подключен диод, анод которого соединен с первым выводом обмотки статора, а катод подключен ко второму выводу статорной обмотки электродвигателя постоянного тока.
Эта однотактная схема импульсного регулятора напряжения для электропривода постоянного тока обеспечивает возможность регулирования напряжения якоря двигателя постоянного тока для стабилизации частоты вращения и ограничения тока в нереверсивном электроприводе при низких требованиях к быстродействию.
Недостатком этого технического решения является невозможность его применения в составе отказоустойчивого вентильно-индукторного электропривода с диагностированием неисправностей типа: обрыв фазы электродвигателя, «невключение» силового ключа, «невыключение» силового ключа.
Задачей полезной модели является повышение отказоустойчивости, вентильно-индукторного электропривода при неисправностях типа: «невыключение», «невключение» ключа преобразовательной ячейки или обрыв обмотки статора, а также диагностика и выявление неисправностей типа «обрыв фазы», «невключение» или «невыключение» силового ключа.
Поставленная задача решена за счет того, что однотактный импульсный регулятор напряжения вентильно-индукторного электродвигателя, так же как в прототипе, содержит силовой ключ, подключенный к выводу фазы обмотки статора электродвигателя и отрицательному выводу источника питания, параллельно подключенный к силовому ключу диод, анод которого соединен с отрицательным выводом источника питания, а катод подключен к выводу фазы статорной обмотки, параллельно фазе статорной обмотке электродвигателя подключенный диод, анод которого соединен с первым выводом фазы обмотки статора, а катод подключен ко второму выводу фазы статорной обмотки электродвигателя.
Согласно полезной модели в качестве электродвигателя используется вентильно-индукторный электродвигатель. Параллельно как силовому ключу, так и фазе статорной обмотки подключены свои оптроны. Информационные выходы оптронов и вход управления силовым ключом соединены с микроконтроллером. Защитный элемент подключен к статорной обмотке фазы вентильно-индукторного электродвигателя и к положительному выводу источнику питания. Защитный элемент соединен с микроконтроллером.
Каждый защитный элемент СОСТОИТ из плавкой вставки, подключенной одним концом к плюсовому выводу источника питания, а другим концом подключен к статорной обмотке фазы вентильно-индукторного электродвигателя и к аноду тиристора, катод подключен к минусовому выводу того же источника питания, а управляющий электрод тиристора подключен к микроконтроллеру.
В прототипе не осуществляется диагностика состояния элементов однотактного импульсного регулятора напряжения. В случае неисправности типа «невыключение» силового ключа возникает аварийная ситуация:
происходит перегрузка по короткому замыканию источника питания. Кроме того принудительно оставшаяся под напряжением фаза вентильно-индукторного электродвигателя формирует тормозной момент. В случае неисправностей типа: «невключение» силового ключа или обрыве обмотки статора вентильно-индукторного электродвигатель продолжит работу, но с провалами по моменту при вращении за счет выбывшей из работы фазы.
В заявляемом техническом решении микроконтроллер на основе данных, поступающих с оптронов и силового ключа, производит непрерывную диагностику состояния схемы, и в случае наличия неисправности типа «невыключение» силового ключа, формируется бит отказа типа «невыключение», который включает соответствующий защитный элемент, происходит перегорание плавкой вставки по принудительно включаемому коротящему тиристору, в результате чего обеспечивается блокирование отказавшей фазы вентильно-индукторного электродвигателя.
В случае выявления неисправностей типа: «невключение» силового ключа или обрыве обмотки статора формируется бит отказа типа «невключение». Срабатывания защитного элемента не происходит.
На фиг.1 представлена схема однотактного импульсного регулятора напряжения для вентильно-индукторного электродвигателя.
На фиг.2 представлен вариант исполнения схемы защитного элемента для однотактного импульсного регулятора напряжения.
На фиг.3 представлен вариант исполнения оптрона для однотактного импульсного регулятора напряжения для вентильно-индукторного электродвигателя.
В таблице 1 представлены варианты состояния однотактного импульсного регулятора напряжения.
Однотактный импульсный регулятор напряжения вентильно-индукторного электродвигателя содержит защитный элемент 1 (ЗЭ) (фиг.1), подключенный к положительному выводу 2 источника питания и первому выводу фазы обмотки статора 3. Силовой ключ 4 соединен со вторым выводом фазы обмотки статора 3 и отрицательным выводом 5 источника питания. Параллельно фазе обмотки статора 3 подключены оптрон 6 (О1) и диод 7. Анод диода 7 подключен к точке соединения второго вывода фазы обмотки статора 3 и силового ключа 4, а катод - к точке соединения первого вывода фазы обмотки статора 3 и защитного элемента 1 (ЗЭ). Параллельно силовому ключу 4 подключены второй оптрон 8 (О2) и диод 9. Анод диода 9 подключен к отрицательному выводу 5 источника питания, а катод - к точке соединения второго вывода фазы обмотки статора 3 и силового ключа 4. Защитный элемент 1 (ЗЭ), силовой ключ 4 и выводы оптронов 6 (О1) и 8 (О2) подключены к микроконтроллеру 10.
Защитный элемент 1 (ЗЭ) состоит из плавкой вставки 11 (фиг.2), подключенной одним концом к плюсовому выводу 2 источника питания, а другим концом к фазе обмотки статора 3 и к аноду тиристора 12, катод которого подключен к отрицательному выводу 5 источника питания. Управляющий электрод тиристора 12 подключен к микроконтроллеру 10 (МК).
Оптроны 6 (О1), 8 (О2) выполнены одинаково, и каждый состоит из двух последовательно соединенных ограничительных резисторов 13, 14, оптрона 15 (фиг.3), анод диода которого подключен к резистору 14. Катод стабилитрона 16 подключен к точке соединения резисторов 13, 14, а анод - к катоду диода оптрона 15. Вывод оптрона 15 подключен к микроконтроллеру В роли силового ключа 4 может выступать IGBT транзистор. В качестве микроконтроллера 10 (МК) может быть выбран одноплатный микроконтроллер типа АТ89С2051 с тактовой частотой 4 МГц.
Логические сигналы, поступающие в микроконтроллер 10 (МК) с выводов оптронов 6 (О1), 8 (О2) и силового ключа 4 присваиваются соответственно первому, второму и третьему битам слова состояния однотактного импульсного регулятора напряжения. Причем логическое единицы, поступающей с оптронов 6 (О1) и 8 (О2), соответствуют наличию напряжения на диагностируемом элементе схемы, а логическому нулю - отсутствие напряжения. Логическая единица, поступающая от силового ключа, сигнализирует включение ключа, а логический ноль - выключение. Полученное слово состояния сравнивается с возможными вариантами состояния однотактного импульсного регулятора напряжения, представленными в таблице 1, после чего происходит формирование соответствующих сигналов управления импульсного регулятора напряжения.
В случае наличия неисправности типа «невыключение» ключа или «сквозной ток», формируется бит отказа импульсного регулятора напряжения типа «невыключение». Бит отказа типа «невыключение» включает защитный элемент 1 (ЗЭ), и происходит перегорание плавкой вставки 11 по принудительно включаемому коротящему тиристору 12, в результате чего обеспечивается блокирование отказавшего импульсного регулятора напряжения. В случае выявления неисправностей типа: «невключение» ключа или обрыв обмотки статора, формируется бит отказа импульсного регулятора напряжения типа «невключение». Срабатывание защитного элемента 1 (ЗЭ) не происходит.
| Таблица 1 | ||||
| Однотактный импульсный регулятор напряжения вентильно-индукторного электродвигателя | ||||
| состояния диагностики регулятора в алгоритме МК | Номер бита слова состояния импульсного регулятора напряжения | Диагностическое состояние импульсного регулятора напряжения | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| 1 | 0 | 0 | 0 | Схема выключена |
| 2 | 0 | 0 | 1 | Обрыв фазы обмотки статора |
| 3 | 0 | 1 | 0 | На обмотке статора нет напряжение |
| 4 | 0 | 1 | 1 | «Невключение» ключа |
| 5 | 1 | 0 | 0 | «Невыключение» ключа |
| 6 | 1 | 0 | 1 | На обмотке статора есть напряжение |
1. Однотактный импульсный регулятор напряжения для вентильно-индукторного электродвигателя, содержащий силовой ключ, подключенный к выводу фазы обмотки статора электродвигателя и отрицательному выводу источника питания, параллельно подключенный к силовому ключу диод, анод которого соединен с отрицательным выводом источника питания, а катод подключен к выводу фазы статорной обмотки, параллельно фазе статорной обмотке электродвигателя подключенный диод, анод которого соединен с первым выводом фазы обмотки статора, а катод подключен ко второму выводу фазы статорной обмотки электродвигателя, отличающийся тем, что параллельно как силовому ключу, так и фазе статорной обмотки подключены свои оптроны, информационные выходы которых и вход управления силовым ключом соединены с микроконтроллером, дополнительно к статорной обмотке фазы вентильно-индукторного электродвигателя и к положительному выводу источника питания подключен защитный элемент, который соединен с микроконтроллером.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый защитный элемент состоит из плавкой вставки, подключенной одним концом к плюсовому выводу источника питания, а другим концом подключен к статорной обмотке фазы вентильно-индукторного электродвигателя и к аноду тиристора, катод подключен к минусовому выводу того же источника питания, а управляющий электрод тиристора подключен к микроконтроллеру.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входная цепь каждого оптрона содержит последовательно включенные первый и второй ограничительный резисторы и диод оптопары, причем катод защитного стабилитрона подключен к точке соединения первого и второго ограничительного резистора, а анод подключен к катоду диода оптопары.
