Способ обнаружения и локализации отказов вентильного электродвигателя

 

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 электродвигателя 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 полны , оки 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 К 29/00, Н 02 P 7/28

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4354757/07 (22) 04.01.88 (46) 07.04.91. Бюл. М 13 (71) Московский энергетический институт (72) В.К.Лозенко, О.Н.Хоцянова и В.А.Харитонов (53). 621,316.718 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1277340, кл. Н 02 Р 6/02, 1986.

Патент Японии

М 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

„„5U ÄÄ 1640798 А1 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 -;"çêè 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 соответству° 956k ют позициям элементов схемы.

Способ обнаружения и локализации от- 4 казов вентильного электродвигателя, садер- О жа щего электрическую машину с

m-секционной обмоткой якоря и числом пар О полюсов р, двухполупериодный преобразо- фр ватель частоты с анодной и катодной группами ключей соответственно Tat,. 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 клю чей: fai, Ты преобразователя частоты по тактовой частоте работы устройства управления по положению ротора, сравни1640798

Вентильный электродвигатель, в котором реализован способ обнаружения отказов (фиг. 1), содержит электрическую. 20

35 вают комбинацию указанных импульсов напряжения с заданными штатными комбинациями согласно логике функционирования вентильного электродвигателя, контролируют полные токи 1 лн.а в анодной и 1по, .к в катодной группах ключей преобразователя частоты, устанавливают отсутствие указанных полных токов, кроме того, сравнивают . с заданным значением текущие значения полных токов 1nonH,s в анодной и 1полн.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 выполнена 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 s данном конкретном случае содержит дешифратор 36 двоичного кода в двоичнодесятичный, три управляемых ключа 37-39 и шесть логических элементов 40-45 2 ИЛИ, Выходная характеристика функционального преобразователя 23 определена логикой функционирования вентильног0 электродвигателя в заданных режимах, в данном

55 конкретном случае описывается следующей системой однотипных булевых функций; а - xyq; Ь = yzq; с = zxq; d = xyq: е = yzq;

k=zxq, где а, Ь, с, d. е, k — импульсы напряжения на выходах 29-34 фун кц ион ал ьно го п реобразователя 23; х, у, г — импульсы напряжения с выходов 26-28 датчика 5 положения оотооа соответственно; q — сигнал с выхода блока

22 задания режима работы. Блок 22 задания режима работы выполнен по схеме последовательного коммутатора.

Устройство 46, реализующее совокупность операций предлагаемого способа обнаружения и локализации отказов вентильного электродвигателя (фиг. 1), в данном конкретном случае содержит два компаратора 47 и 48, два нуль-органа 49 и

50, два фильтра 51 и 52, функциональный преобразователь 53, постоянное запоминающее устройство 54, десятиканальный фильтр 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 фильтры

51 и 52 подключены к входам 57-60 постоянного запоминающего устройства 54 соответственно, Пятый вход 61 постоянного запоминающего устройства 54 подключен к выходу функционального преобразователя

53, шесть информационных входов которого. связаны с соответствующими выходами 2934 функционального преобразователя 23.

Управляющий вход функционального преобразователя 53 подключен к выходу блока

22 задания режима работы. Выходы 62-71 постоянного запоминающего устройства 54 через десятиканальный фильтр 55 связаны с индикатором 56 отказов.

В табл. 1 приведены возможные сочетания контролируемых параметров и соответствующие им аварийные режимы работы вентильного электродвигателя.

Рассматриваемая совокупность контролируемых параметров дает возможность не только выявить вид аварийного режима, но и позволяет конкретизировать место возникновения отказа. А именно. различить отказы в силовой (и. 3, 4 в табл. 1) и дискретной (п.5-10 в табл. 1) частях вентильного электродвигателя. При этом для большей части аварийных режимов (n. 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 и

50 масут быть выполнены по любой извест1640798

55 ной 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 характеристиКу

f = ((abcdek Ч abcdek Y abcdek V abcdekу

Ч abcdek Ч abcdek ) q Vabcdek q )

Т и конструктивно содержит следующие логические элементы: шесть инверторов 72-77, семь элементов 6И 78-84, один элемент

6ИЛИ 85 и элемент 2-2И-ИЛИ-НЕ 86. Каждый канал 87-96 фильтра 55 выполнен на основе последовательно соединенных RCцепи и неинвертирующего усилителя-преобразователя уровня. Индикатор 56 отказов содержит одиннадцать RS-триггеров 97107, десять управляемых ключей 108-117, девятивходовый логический сумматор 118, транзисторные ключи 119-128, светодиоды

129-139, формирователи 139-148 импульсов по обратному фронту, Формирователи 139148 импульсов могут быть выполнены в любом известном виде. Информационные входы управляемых ключей 108-117 являются входами индикатора 56 отказов. Выход каждого из. указанных ключей 108-117 подключен к S-входу соответствующего RSтриггера 97-106 и входу соответствующего формирователя 139-148 импульсов, выходы которых через развязывающие диоды подключены к R-входам RS-триггеров 97-106 соответственно. Выходы триггеров 97-106 подсоединены к управляющим входам соответствующих транзисторных ключей 119128, каждый из которых в свою очередь связан с соответствующим светодиодом

129-138, S-входы триггеров 98-106 подключены к соответствующим входам логического сумматора 118, выход которого через

RS-триггер 107 связан с объединенными управляющими входами ключей 108-117. Установка триггеров 97-107 в исходное состояние происходит при подключении устройства контроля к источнику питания с помощью дифференцирующей RC-цепи

149.

При нормальном режиме работы вентильного электродвигателя (фиг, 1) периодически на каждом межкоммутационном интервале подключают к источнику питания и отключают от него комбинации секций 7-9 обмотки якоря электрической машины 1 с помощью ключей 10-15 преобразователя частоты, При этом потребляемый (нарастаю5

50 щий) ток протекает по контуру: источник питания — измерительный резистор 24 — транзистор анодной группы — секции i, J обмотки якоря — транзистор катодной группы — измерительный резистор 25 — источник питания, а коммутационный (спадающий) ток замыкается по контуру: транзистор анодной (катодной) группы — секции i, k)J, k)-диод катодной (анодной) группы — измерительный резистор 24 (25) — транзистор анодной (катодной) группы. Например, в момент времени t> (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 нормал ьном режиме на каждом межкоммутационном интервале через один из измерительн ых резисторов (рассмотренном примере это резистор 24) протекает полный ток (ток inons.a), 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, b, с, б, е, k поступают на управляющие входы ключей 10-15 согласно заданному алгоритму функционирования, математически oftределенному функцией f. На каждом межкоммутационном интервале одно из семи логических произведений импульсов напряжения а, Ь, с, d, е, К q совпадают с 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 сигна1640798

20

40

50

" 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 то-тт фиг. 2). Аналогич. ная информация с задержкой, определяемой параметрами RC-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

S-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 S-входы RS-триггеров 97106.

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 ср, 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-4), оказывается отключенной or источника питания. Вращающий момент при этом создается только за счет коммутационного тока, спадающего по цепи: ключ 15 — измерительный резистор 25диод 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 (1полн.а = =О), а выходное напряжение на измерительном резисторе 25 катодной группы определяется величиной коммутационного тока, Этот ток в начале рассматриваемого межкоммутационного интервала (момент времени tz) равен полному току в (inoar.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 25обеспечивает формирование сигналов нулевого логического уровня на выходе компараторов 47 и 48 и на выходе нуль-органа

49, кроме того, формируется сигнал единичного логического уровня на выходе нуль-органа

50, Учитывая, что датчик положения ротора 5 и функциональный преобразователь 23 исправны, на выходе функционального преобразователя 53 сохраняется сигнал нулевого логического уровня, эквивалентный отсутствию нештатных комбинаций сигналов. Таким образом, комбинация состояний контролируемых сигналов на входах 57-61(момент времени

tz, 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 ос альных выходах 62 и 63, 65-71.

С задержкой времени, определяемойпараметрами RC-цепи фильтра 55, на соответствующих входных каналах индикатора 56 отказов формируется аналогичная информация. Появление сигнала нулевого логического уровня на входе открытого ключа 108 приводит к срабатыванию формирователя 139 импульса, положительный сигнал которого обнуляет RS-триггер 97. Транзисторный ключ 119 переводится в закрытое состояние и светодиод 129 отключается от источника питания. Сигнал положительного логического уровня с канала 89 фильтра 55 через открытый ключ 110 поступает на $-вход КЯ-триггера 99. На его выходе появляется сигнал положительного логического уровня, который открывает транзисторный 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

1640798

110 поступает через логической сумматор

118 на S-вход RS-триггера 107. На его инверсном выходе устанавливается сигнал нулевого логического уровня, закрывающий управляемые ключи 108-117. С этого момента (момент времени тэ) 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 zt/р (момент времени t> и t2(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.

Кроме того. 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 хо 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

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

m-секционной обмоткой якоря и числом пар полюсов р, двухполупериодный преобразователь частоты с анодной и катодной группами ключей соответственно Тв1. Тм. 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 вентильного 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 олн.в в анодной и Млн.х в катодной группах ключей преобразователя частоты, устанавливают отсутствие указанных полных токов, кроме того, сравнивают с заданным значением текущие значения полных токов Inly.a в анодной и Inking.g 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.

1640798

Таблица 1

Наличие нештатных состояний

Òà,полн

Tê.полн

М и/и

Характер отказа

Превышение

Превышение

Наличие

Наличие

0

Нормальный режим

ПВ,4B при О= йан,, КЗ в ключе Ti или диоде МОТ

Обрыв в ключе Tat в цепи:

)-я секция ОЯ вЂ” ключ Tal

Обрыв в ключе T i в цепи: (-я секция OR — ключ T i

Обрыв в упр. цепи ключа Tal, обрыв ЧЭлы в ДПР с фо = амк, режимы ДТ с помощью Тк

Обрыв в упр. цепи ключа

T

Режим ДТ с помощью Тк

Режим ДТ с помощью Тл

КЗ в упр, цепи ключа

Ti обрыв или КЗ ЧЭ в ДПР с

=л/

0

0

0

0

Отказы в дискретной части вентильного электродвигателя

Сочетания контролируемых параметров, не указанные в п.5-9

Таблица 2

П р и м е ч а н и е. Д — двигательный режим; П — режим противовключения;

ДТ вЂ” режим динамического торможения; MOT — мост обратного тока; КЗ вЂ” короткое замыкание; ОЯ вЂ” обмотка якоря;

l3y(a)j чувствительный элемент катодной (анодной) группы;

ДПР— датчик положения ротора; ДТа(к),полн. — датчик полного тока в анодной (катодной) группе ключей преобразователя частоты;

Ta(g)) — I-й ключ анодной (катодной) группы преобразователя частоты; aM< — угловая длительность межкоммутационного интервала; фц — угловая длительность сигнала ДПР; 0 — угол опережения включения.

1640798

Риг. и„ и„ и„ и„ !

le, ы

1S,З4

<4,ЗЗ f5 J2 7

lie

47, 57

<4e, se 4ю, ее

"so,oo й„

669 os-л иЭ7, «У иЭЭ, t2O ar пФ ïe

ИЮ7 г 4

Риг.2 1640798

Составитель M.ÑîH

Редактор В. Бугре н кова Техред M. Мор гентал Корректор М.Пожо

Заказ 1021 Тираж 337 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35,.Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101