Способ аварийного пуска вентильного электродвигателя в заданном направлении

 

СПОСОБ АВАРИЙНОГО ПУСКА В ЗАДАННОМ НАПРАВЛЕНИИ ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащего синхронную машину, управляемую от преобразователя частоты по сигналам датчика положения индуктора,, при КОТОРСЯ4 подают команду на движение индуктора в заданном направлении за счет открытия ключей преобразователя частоты в определенной комбинации , контролируют неподвижное состояние индуктора, затем подают команду на управляющие цепи ключей преобразователя частоты, обеспечивающую другую комбинацию их включения , отличающийся тем, что, с целью повышения надежности пуска при отказе в вентильнсм электродвигателе , эквивалентное ненсправ ности типа обрыв ключа преобразователя частоты, команду подают на движение индуктора в противоположном направлении, обеспечивающую перемещение индуктора на угол f , причем (-, где тир - числа секций и пар полю- § сов синхронной машины) а - относительная величина перекрытия последоват но работающих ключей преобразователя частоты ,l,2... целое число, после чего подают команду на движение индуктора в заданнсмм направлении .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕО (ИХ

PECllYS JlHH (19) (И) SU

1Ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3615380/24-07 (22) 04.07,83 (46) 15 ° 11 ° 84. Бюл. Р 42 (72) A.À.Èâàíîâ и Q.К.Лоэенко (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621 ° 313 13.014.2.621.382(088.8) (56) 1.Овчинников И.Е., Лебедев Н.И.

Бесконтактные двигатели постоянного тока. Л., Наука, 1979, с.151-158 °

2.Патент Японии В 49-45081 кл. 55 С2, 1974. (54)(57) СПОСОБ АВАРИЙНОГО ПУСКА В

3АдАннОм 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 преобразователя частоты в определенной комбинации, контролируют неподвижное состояние индуктора. затем подают команду на управляющие цепи ключей

1l5g Н 02 P 1/04, 6/02//H 02 К 29/02 преобразователя частоты, обеспечивающую другую комбинацию их включения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности пуска при отказе в вентильном электродвигателе, эквивалентном неисправности типа обрыв ключа преобразователя частоты, команду подают на движение индуктора в противоположном направлении, обеспечивающую перемещение индуктора на угол <у, причем где т и р - числа секций и пар полю- щ сов синхронной машиными

& - ОтяосительнаЯ величина перекрытия последовател но работающих ключей преобразователя частоты

k=0,1,2... целое число, после чего подают команду йа движение индуктора в заданном направлении.

1124416

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах с вентильными электродвигателями.

Известны различные споссбы пуска вентильного электродвигателя, в част- 5 ности, подключением преобразователя частоты к источнику электрической энергии, при этом дополнительные источники питания датчика положения ротора и предварительных каскадов 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 2п дополнительному источнику питания предварительных каскадов усиления преобразователя частоты, при этом источник электрической энергии и дополнительный источник питания датчика25 положения ротора должны быть подключены к своим потребителям (1) °

Однако при таком подключении возможно возникновение аварийных Режимон 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- 40 ля частоты н определенной комбинации, контролируют неподвижное состояние индуктора, затем подают команду на управляющие цепи ключей преобразователя частоты, обеспечивая ком- 45 бинацию их включения, отличную от первоначальной f23 .

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 нентильный электродвигатель в течение определенного отрезка времени работает без регламентных ремонтон, например электроприводы авиационных механизмов. К таким вентильным электродвигателям предъянляется требование очень высокой надежности. Использование известного способа аварийного пуска неприемлемо в укаэанном классе объектов из-за низкой надежности, поскольку при любом отказе н вентильном электродвигателе, экниналентном неисправности типа обрыв ключа преобразователя частоты, не являющим,ся абсолютным отказом, при определенных положениях индуктора вентильный электродвигатель может не запуститься или запуститься в противоположном заданному направлении.

Цель изобретения — понышение надежности аварийного пуска при отказе и нентильном электроднигателе, эквивалентном неисправности типа обрыв ключа преобразователя частоты .

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу аварийного пуска в заданном направлении вентильного электродвигателя, содержа» щего синхронную машину, управляемую от преобразователя частоты по сигна" лам датчика положения индуктора, прй котором подают команду на движение индуктора в заданном направлении за счет открытия ключей преобразонате ля частоты в определенной комбинаций, контролируют неподвижное состояние индуктора, затем подают команду на управляющие цепи ключей преобразова теля частоты, команду подают на дни" жение индуктора в противоположном направлении, обеспечивающую перемеще ние индуктора на угол cg причем

I (- д + — g (у с = { о g + g где щ и p - числа секций и пар полю сов синхронной машины;

- относительная величина перекрытия последовально работающих ключей преобразователя частоты

k=0,1,2 ° .. целое число, после чего но той же цепи подают команду на движение индуктора в заданном направлении.

На фиг. 1 дано устройство для управления нентильным электродвигателем с трехфазным однополупериодным преобразователем частоты; на фиг. 2эпюры напряжений на чувствительных элементах датчика положения индуктора и токов в ключах преобразователя частоты нентильного электродвигателя>

1124416

° 1

Рассмотрим совокупность операций теля выведен из положения мертвой для случая обрыва одного ключа пре- точки, может быть подана команда образователя 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 зависит ном направлении для данного способа 5 от конкретной схемно-технической может быть различной. Контролировать реализации способа, Для упрощения неподвижное состояние индуктора в предпочтительнее эту команду, как том 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 пипример, по отсутствию импульсов с тания датчика положения индуктора, датчика положения индуктора, по сиг- Рассмотрим реализацию способа на нал специального датчика частоты вентильном электродвигателе с трехвращения и др. Команда должна быть 5 фазным однополупериодным преобразоподана по цепям управления ключами преобразователя частоты, например, двигатель содержит синхронную машипо цепи питания датчика положения ну 1, преобразователь частоты 2 и индуктора. Подача команды на движе- . датчик положения индуктора 3. Син-, ние индуктора вентильного электро- хронная машина 1 содержит установдвигателя в противоположном направ20 ленные на статоре секции —, р и 4-6 яко ленин по любой другой цепи, напри- ной обмотки и вращающийся индуктор мер изменением полярности источника 7, например постоянный магнит. Преэлектрической энергии при двухпро- образователь 2 частоты собран на водных ключах преобразователя часто- трех ключах 8-10, выполненных в ты или изменен изменением полярности источнир ости источни- данном случае на транзисторах. Датчик 3 положения индуктора содержит ка 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 направления движений индуктора, поскольку не

У

30 вращения, три чувст устранена основная причина, из-за та 14-16 для формирования сигналов которой индуктор вентильного элек- противоположного направления вращетродвигателя оказался в неподвижном ния и вращающийся сигн я сигнальный элемент состоянии. В данных случаях сохраня- 17. Секции 4-6 якорной обмотки синется ситуация,при которой сигнал с З5 хронной машины имеют общую клемму, чувствительного элемента датчика по- которая через управляемый контактор ложения индуктора поступает на не- 18 подключена к плюсовой клемме исисправны и ключ преобразователя час- точника 19 электрической энергии. тоты, что не позволяет вывести индук. Свободные клеммы — под тор в ентильного электродвигателя из 40 коллекторным выводам транзисторов мертвой точки . Подача же команды 8-10 соответственно, эмиттер ные вывона движение индуктора в противополож- ды которых объединены и подключены ном направлении по цепям управления к минусовому выводу источника 19 ключами преобразователя частоты, на- электрической энергии. Базовые вывопример по цепи питания датчика поло- 45 ды транзисторов связаны с чувствитель. жения индуктора, вызывает включение ным элементом датчика 3 положения другого к го ключа или комбинации ключей> индуктора. Базовый вывод транзистоо ых не будет неисправного ра 8 связан с чувствительными элесреди которых не

14 базовый вывод транключа преобразователя частоты. Вен- ментами ll и, азовы в тильный электродвигатель развивает зистора 9 с чу с ч вствительными элеменпусковой момент, что приводит к пере- тами 12 и 16, а базовый вывод трануктора в направлении, зистора 10 с чувствительными элемен13 и 15. Цепи питания чувстви1l-13 че ез нормальобратном заданному на некоторый угол тами 13 и 15. Цепи питания ч (. Ниже определены средства Регистра. тельных элементов — Р ции и отн осительное значение угла, но замкнутый конт нтакт 20 пе еключате55 ны к пе вом

P на которое должен е олжен быть перемещен ин- 55 ля 21 реверса подключе р у м источник 22 питактор вентильного электродвигателя вспомогательному источнику дукто с тем, чтобы при подаче команды на ния. Цепи питан у ания ч вствительных эледвижение индуктора в заданном направ- ментов 1 — р р в 14-16 че ез нормально разомклении был осуществлен успешный за- нутый контакт 23 переключателя 21 пуск вентильного электродвигателя. 60 ревер - д

60 е е са- по ключены к второму вспомоие движения индуктора гательному источнику 24 питания. ПеВозникновение еключатель 21 реверса содержит кавентильного электродвигателя созда- реключатель ет предпосылки для вывода индуктора тушку у р т к 25 п авления, которая через из положения мертвой точки . огКог- управляемый контактор 26 подключена ьном источнику 27. да индуктор вентильного электродвига,65 к вспомогательному источнику

1124416

Управляющий нход контактора 26 может быть снязан с информационным выходом 28 тахометрического устройства 29 с вращающимся индуктором 30 и дополнительно .через логический блок (не показан) может быть подключен к информационному выходу датчика потребляемого тока, в качестве которого может быть использован контактор 18, имеющий конечную величину активного сопротивления но включенном состоянии. Индуктор 7 синхронной машины 1 сигнальный элемент 17 датчика 3 положения индуктора н индуктор 30 тахометрического устройства 29 установлены на 15 общем валу.

Рассмотрим работу устройства для случая, когда число пар полюсов синхронной машины p - 1, а угловой размер у сигнального элемента 17 20 датчика 3 положения нндуктора выбран из условия работы транзисторов с перекрытием, равным 2 У ь . Чувствительные элементы формируют сигналы на включение транзисторон, если они перекрыты сигчальным элементом 17 датчика 3.

Рассмотрим работу устройства в режиме управления оператором, что возможно для инерционных электродвигателей. 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 типа .обрыв ключа преобразователя частоты . К такому виду неисправности могут быть отнесены 40 обрыв цепи эмиттер - коллектор транзистора, например 8, любой обрыв в цепи секция 4 якорной обмотки » транзистор 8, любой обрыв в управляющей цепи транзистора 8 и др. Включением 45 контактора 18 подается команда на движение индуктора вентильного электродвигателя н заданном направлении, в цанном случае по часовой стрелке.

На фиг. 2 а представлены эпюры

50 напряжений иа чувствительных элементах и токов через транзисторы 8-10, поясняющие порядок переключения транзисторов при вращении индуктора 7 по часовой стрелке, иа фиг. 2о — то же, для случая вращения индуктора против, часовой стрелки. Направления осей абсцисс приняты взаимно противоположными для иллюстрации противоположных направлений вращения электроднигате- е0 ля. Заштрихованные эпюры иллюстрируют отказ в вентильном электродвигателе - обрыв транзистора 8. Если иидуктор 7:вентильного.электродвигателя в момент включения контактора 18 65

Ю 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 К по инерции. При этом оператор в момент включения фиксирует наличие тока, потребляемого вентильным электродвигателем,. и наличие сигнала о вращении нентнльного 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 ф,, 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. Для 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 отключа« ется, а второй вспомогательный источник 24 подключается к чувствительным элементам 14-16. Из эпюр напряжений (фиг. 25 ) видно, что в этом случае (индуктор 7 находится в угловом интервале c ) включен один as нормально функционирующих транзисторов 9(10) или их комбинация. К источнику 19 электрической энергии подключена одна из секций 5(6) или их комбинация. Вентильный электродвигатель pasвивает 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 недостаточнъню для всех условий. эксплуатации условием успешного пус-, 1124416

Щ 2s(w-0 — всqa „ i 2ßй

ВНИИП И Заказ . 8295/43 Тираж 666 Подписное ФВ4ЮЮЮ»

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4 ка является вывод индуктора 7 из зоны aL . Учитывая, что индуктор 7 может занимать любое положение s зоне („ ana искомого угла получим где а - Фасло секций якорной обмотки синхронной машиными

0с1 .) — относительная величина угла перекрытия последовательно работающих ключей.

Учитывая, что число пар полюсов р синхронной машины может быть отлично от единицы и что электромагнитные процессы в вентильном электро- . двигателе имеют повторяемость на каждом периоде, окончательно для искомого угла получим

1 ai сцс "((itiа где k a 0,1,2.. ° - целое число.

Индуктор 7, перемещаясь в направлении, противоположном заданному, неизбежно пдпадет в зону p, в кото рой потребляемый вентильиьвс электродвигателем ток становится равным нулю, так как в этой зоне секция 4 оказывается неподключенной к источнику 19 электрической энергии, поскольку управляющий сигнал поступает на отказавший транзистор 8.

Отсутствие потребляемого тока может служить информацией оператору

5 на подачу команды на движение индуктора 7 в заданном направлении, для чего он размыкает контактор 26. Контакты 20 и 23 возвращаются в нормальное состояние. Из эпюр напряжений

10 (фиг. 2à ) видно, что в этом случае (индуктор 7 находится в угловом интервале P ) включен один из нормально функционирующих транзисторов 9(10) или их комбинация. К источнику 19 электрической энергии подключена

15 одна нз секций 5(6) или их комбинация. Вентильный электродвигатель развивает вращающий момент и индуктор 7 перемещается в заданном направлении. р Таким образом, введение дополнительных операций реверса, перемещения индуктора 7 íà уголФ и повторного реверса позволяют осуществить пуск вентильного электродвигателя в аварийной ситуации при отказе, эквивалентном неисправности типа обрыв ключа преобразователя частоты .

Вероятность пуска вентильного электродвигателя, содержащего такую неисправность, составит приблизительно 0,95 против 0,75 для известного вентильного электродвигателя.