Способ управления вентильным электродвигателем
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления вентильным электродвигателем . Цель изобретения - повышение надежности в работе при неисправности типа обрыв диода обратного моста. Способ управления состоит в том, что при помощи ключей двухполупериодного преобразователя частоты (ДПЧ) периодически подключают к источнику питания и отключают от него комбинации секций обмотки якоря электрической машины. Контролируют длительность протекания коммутационного тока через диоды обратного моста ДПЧ. Фиксируют возникновение перенапряжений на ключах ДПЧ в момент их отключения . Повторно включают эти ключи , а секции обмотки якоря отключают от источника питания. Устанавливают длительность включенного состояния ключей, равной длительности протекания тока через диоды обратного моста. После этого вновь осуществляют периодическое подключение к источнику питания и отключение от него секций обмотки якоря. Таким образом, при обрыве диода обратного моста снятие перенапряжения с соответствующего ключа обеспечивается образованием электрического контура для замыкания ЭДС и протеканием коммутационного тока через диоды обратного моста за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций обмотки якоря. 5 ил. i 1C 4 Од ю
СО1ОЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕа1УБЛИН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3738929/24-07 (22) 15.05.84 (46) 23.07,86.Бюл. Р 27 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (72) А.А.Иванов, В.К.Лозенко и О.Н.Рублева (53) 621.313.014:621.383-,52 (088.8) (56) Магнитофон "Весна-306". Техни— ческое описание и инструкция по ремонту. MIIJI.2.940.000.РД. Двигатель
БДС-02. Техническое описание и инструкция по ремонту. МП3.120.001,РД.
1978, с.90-91.
Овчинников И,Е. Лебедев Н.И. Бесконтактные двигатели постоянного тока. Л.: Наука, 1979, с.58-61. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМ
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления вентильным электродвигателем. Цель изобретения — повышение надежности в работе при неисправности типа "обрыв диода обратного моста". Способ управления состоит в том, что при помощи ключей двухпо„„SU„„1246264 А1 (50 4 Н 02 К 29/06 Н 02 Р 6 02 лупериодного преобразователя частоты (ДПЧ) периодически подключают к источнику питания и отключают от него комбинации секций обмотки якоря электрической машины. Контролируют длительность протекания коммутационного тока через диоды обратного моста
ДПЧ. Фиксируют возникновение перенапряжений на ключах ДПЧ в момент их отключения. Повторно включают эти ключи, а секции обмотки якоря отключают от источника питания. Устанавливают длительность включенного состояния ключей, равной длительности протекания тока через диоды обратного моста.
После этого вновь осуществляют периодическое подключение к источнику питания и отключение от него секций обмотки якоря. Таким образом, при обрыве диода обратного моста снятие перенапряжения с соответствующего ключа обеспечивается образованием электрического контура для замыкания ЭДС и протеканием коммутационного тока через диоды обратного моста за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций обмотки якоря. 5 ил.
1246264
Совокупность операций предлагаемого способа рассмотрена на примере управления вентильньм,электродвигателем с двухполупериодным преобразователем частоты и трехсекционнай обмоткой якоря электрической машины, схема силовой части которого изображена на фиг.l. Вентильный электродвигатель содержит электрическую ма шину 1, двухполупериодный г..реабразователь 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 абра.тного 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 кточей 9-14 двухполупериодного преобразователя 2 частоты. Наличие напряжения на ключах (диаграммы на фиг.
2-4) свидетельствует о том, чта этот ключ открыт.
Устройства для управления вентильньы электродвигателем, в котором
Яг
Изобретение относится к эдектротехнике и может быть использовано и вентильных электроприводах.
Целью изобретения является повышение надежности работы при неисправности типа "обрыв диода обратного моста".
На фиг. 1 изображена схема силовой части вентильного электродвигателя с двухполупериодным преобраза10 вателем частоты и трехсекцианной обмоткой якоря электрической машины; на фиг.2 — эпюры напряжений на элементах схемы на фиг.l в нормальном ! 4; 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 направления
20 вращения вентильнаго электродвигателя; на фиг.5 — пример реализации способа управления вентильным электродвигателем.
-ir . ) реализован. предлагаемый способ, показано на фиг. 5.
Для управления выбран тот же вентильный электродвигатель, когорый изображен на фиг.l, причем одни и те же элементы на фиг.l и 5 обозначены одинаковыми позициями. Устройство для управления содержит также измерители 24-29 перенапряжений на ключах 9-14 двухпалупериадного 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., равое длительности протекания коммутационного времени. Устройство также содержит допалнитепьннй источник 37 питания датчика 3 положения индуктара, два нуль-органа 38,39, RS-триггер 40 ст"-.áèëèòðîíû 41-49 источник единичного сигнала и блок 50 формиравани;, 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 Iacòýòü:,.oeiразующим его ветвь. Измерители п=peнапряжений выпо чнечь) в виде"- p Ie., например элек тронных, и поз таму с о о тв етственно обозначены Р2-Р7, Источник
ii) 1i единичного сигнала подключен через первые нормально разомкнутые контакты Р2.1-Р7.1 указанных измерителей Р2-Р7 (74-79) перенапряжений к
S-входам К8-триггеров 30-35, на базе которых выполнены блоки 30-35 повторного включения клю ей 9--14, а через в op6Ie нормально разамкнут61е кон такты Р2 2-Р7. 2 измерителей Р2-Р7
j >,. оЪ ,.4- .9) перенапряжений — к S--входу
RS-триггера 40. R-входы всех RS-триггеров 30-35 и 40 объединены и подключены к объединеннь м выходам нульорганов 38,39, подключенных входами к измерительным резисторам 22,23.
Выход каждого RS-триггера ЗС (31-35) подключен к управляющему входу кгооча 9 (12,!3,10,11,14) преобразавате.пя 2 частоты. Выход RS-триггера 40 подключен к входу устройства 36 дпя атклкчения секций обмотки якоря электрической машины, выполненного на базе реле Pl, например электронного, через нормально замкнутые контакть Рl,l которого дополнительный источник: 37 питания подключен к дат12ч6264
4 ния на ключе 14 в момент его отклю20
35 чику 3 положения ротора, Г1ногока-нальный выход датчика 3 положения индуктора через блок 50 формирования сигналов управления подключен к управляющим цепям ключей 9-14 преобразователя 2 частоты. Формы выполнения реле Pl-P7 и нуль-органов 38,39 несущественны с точки зрения функционирования устройства.
На фиг. 2 диаграммами иллюстрируется известный способ управления исправным вентильным электродвигателем, согласно которому периодически подключают к источнику питания и отключают от него комбинации секций
6-5, 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 и контролируют длительность 4 проте1 кания коммутационного тока через диоды 15-20 обратного моста 2l и измерительные резисторы 22-23. В момент отключения ключа 14 и включения ключа 10 при включенном ключе 9 (фиг.2) для отключенной комбинации секций 6-5 за счет возникающей электродвижущей силы (ЭДС) само— индукции организуется разомкнутый электрический контур по элементам
6-5-17-22-9-6, в котором протекает коммутационный ток за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций обмотки якоря. При отключении других ключей организуются другие электрические контуры для замыкания ЭДС самоиндукции.
Предположим, что в процессе ра— боты 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 закрытому
55 ключу 14, в результате чего ключ 14 может быть пробит. О возможности измерения возникающего перенапряжечения с помощью конкретных средств будет подробно сказано ниже, а сейчас, положим, что измерение указанного перенапряжения осуществлено.
Это является информацией для изменения алгоритма работы вентильного электродвигателя пля исключения пробоя ключа (трапзистара) 14. Согласнс предлагаемому способу надо повторно включить указанный ключ 14, т.е, тот ключ, который был перед этим отключен и на котором возникло перенапряжение, а секции обмотки якоря электрической машины отключить от источника питания, например, отключив ключи 9 и 10. В этом случае организуется замкнутый электрический контур 6-5-1ч-23-18-6, в котором протекает коммутационный ток за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секций
6-5 обмотки якоря. При этом перенапряжение, возникшее на ключе 14, исчезает. Согласно предлагаемому способу длительность включенного состояния ключа 14 и соответственно время этключения секций 4-6 обмотки якоря электрической машины устанавливают равным длительности л протекания
2 коммутационного тока через диод 18 обратного моста 21. Длительность протекания коммутационного тока можно контролировать с помощью измерительного резистора 23. Как только коммутационный ток станет равным нулю, восстанавливают периодическое подключение (в рассматриваемый момент с помощью ключей 9,10) к источнику питания и отключению от него комбинаций секций обмотки якоря электрической машины. Такгж образом, для вентильного электродвигателя, в котором возникла неисправность типа обрыв диода обратного моста, устанавливается следующий измененный алгоритм работы ключей двухполупериодного преобразователя частоты: 9 — 14 9-10, 14, 9-10, 11-10, 11 — 12, 13-12, 13-14.
При вращении вентильного электродвигателя в противоположную сторону предлагаемый способ управления не изменяется. Этот случай иллюстрируется диаграммами на фиг.4. При отключении ключа 14 и возникновении на нем перенапряжения, этот ключ повторно включается на время протекания
5 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. 10
Таким 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, электродвигатель будет отключей от источника питания. Вращающий момент электродвигателя на этом временном интервале будет создаваться только за счет коммутационного тока. Величина угла 25
Ч 9 для магнитоэлектрических машин
2 1 не превышает (0,3-0,4)cL„, где К = /,— угол коммутации; m — число секций обмотки якоря электрической машины.
Примем, что исправный вентильный Зо электродвигатель развивает мощность
P . Тогда мощность Р, которую разН вивает неисправный вентильный электродвигатель, равна
03-:О 4
Р = (1 — — -+-— - -- +-) Р я и для ш = 3 получим
Р„ = {0,95- .0,93) P„ °
Таким образом, неисправный вентильный электродвигатель с предлагаемым способом управления обеспечивает нормальную работу- при обрыве диода обратного моста, При этом он развивает мощность всего на 5-7% меньшую, чем исправный электродвигатель.
Возможность технического осуществления способа управления вентильным электродвигателем показана на фиг.5, Устройство для управления вентильным электродвигателем работает сле- 5S дующим образом.
При исправных диодах 15-20 обратного моста 21 перенапряжений на клю264 б чах преобразователя 2 частоты не возникает„ измерители 24-29 перенапряжений не срабатывают, нормально замкнутый контакт Pl.l реле Pl под,ключает к дополнительному источни1ку 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 (Рб) перенапряжений срабатывает и замыкает свои первый Р6.1 и второй
Р6.2 нормально разомкнутые контакты.
RS-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 (11) для отключения секций
1 обмотки якоря от источника питания.
Нормально замкнутые контакты P.l, размыкаются, дополнительный источник 37 питания отключается от датчика. 3 положения ротора и на его выходе исчезают управляющие сигналы.
Все ключи преобразователя 2 частоты за искгпочением ключа 14, на управляющий вход которого с. RS-триггера 35 подан отпирающий сигнал, размыкаются и секции обмотки якоря отключаются ат источника питания. При вклочении ключа 14 организуется замкнутый электрический контур 6-5-14-23-18-6, в каторсм протекает коммутациочный ток за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемой комбинации секции 6-5 обмотки якоря, При этом перенапряжение, возникшее на ключе
14, исчезает и следовательно, не может достичь напряжения пробоя ключа 14. Однако ключ 14 остается включенным, поскольку триггер управляю1246264 щим сигналом па S-входу установлен в состоянии логической единицы. Па измерительному резистору 23 протекает коммутационный ток, в момент равенства нулю которого нуль-орган 39 г срабатывает и своим выходным сигналом по R-входам переводит RS-триггеры 35 и 40 в состояние логического нуля. Ключ 14 отключается, а нормально замкнутый контакт Рl.l реле Р1 10 подключает датчик 3 положения ротора к дополнительному источнику питания. На выходе блока 50 формирования сигналов управления восстанавливаются сигналы управления, соответ- 15 ствующие тому угловому положению индуктора электрической машины„ .в котором коыутационный так стал равным нулю. Для вентильного электродвигателя восстанавливается нормальный 20 алгоритм управления до очередного отключения ключа 14, при котором описанные выше процессы повторяются.
При выходе из строя любого другого диода, например 18 обратного моста, 25 каждый раз будут срабатывать реле
РЗ и Pl, обеспечивающие отключение секций обмотки якоря от источника питания и включение ключа 9 для организации замкнутого электрического ЗО контура для протекания коммутацианного тока.
Данное устройство является не единственным и показывает лишь принципиальную возможность реализации предлагаемого способа управления.
Эффективность применения изобретения увеличивается с ростом мощности вентильного электродвигателя, поскольку существенна возрастает gp энергия, запасенная в индуктивнасти атключаемай секцт и, и перенапряжения, возникающие при обрыве диода обратного моста, могут стать з-мчительными.
Таким образам, изобретение позволяет повысить надежность рабаты вентильнога элактрадвнгателя при обрыве диода обратнага маета дв ;:хпазицианнага преобразователя частоты, Ф о р м у л а и з а б р с т е н и я
Способ управления вентильным электродвигателем, согласна которому периодически подключают к источнику питания и отключают ат нега ка,бннации секций обмотки ясара злектпи ческай машины .— ри помощи к.ночей двухпалупериоднагo преобразователя часToTbl H контролируют длительнастьпротекания коммутационного тока через диоды абратнага моста указанного преобразователя, с т л и ч а ю—
Й с R T )246264 17 Ряс 5 Составител-, А. Бабак Тех р ед Н . Бо нк ало Редактор А.Ворович Корректор Л.,Пилипенко Заказ 4015/50 Тираж 631 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открь|тий 113035, Москва, Ж-35, Раупская наб., д.4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектная, 4
