SU1640798A1 - Способ обнаружени и локализации отказов вентильного электродвигател - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к вентильным электродвигател м . Цель изобретени  - улучшение селективности обнаружени  отказов по месту их про влени . Способ обнаружени  и локазилации отказов вентильного электродвигател  состоит в том, что контролируют импульсы напр жени  на управл ющих входах ключей преобразовател  частоты по тактовой частоте работы устройства управлени  по положению ротора. Сравнивают комбинацию указанных импульсов на- пр жени  с заданными штатными комбинаци ми согласно логике функционировани  вентильного электродвигател , контролируют полны , оки в анодной и катодной группах ключей, устанавливают отсутствие указанных токов, сравнивают текущие значени  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 улучшаетс  селективность отказов по месту их про влени . 3 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в системах электропривода с вентильными электродвигател ми .

Целью изобретени   вл етс  улучшение селективности обнаружени  отказов по месту их про влени .

На фиг. 1 приведен пример устройства, реализующего способ обнаружени  и локализации отказов вентильного электродвигател ; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы работы отдельных узлов вентильного электродвигател  соответственно в режиме обрыва в силовой цепи ключа анодной группы преобразовател  частоты и в аварийном режиме с организацией противовключени  на одном межкоммутационном интервале

2 jr/p , где индексы импульсов соответствуют позици м элементов схемы.

Способ обнаружени  и локализации отказов вентильного электродвигател , содер- жащего электрическую машину с m-секционной обмоткой  кор  и числом пар полюсов р, двухполупериодный преобразователь частоты с анодной и катодной группами ключей соответственно Tet, , управл ющие входы которых св заны с устройством управлени  по положению ротора , включающим датчик положени  ротора и информационно-управл ющую систему, состоит в том, что контролируют импульсы напр жени  на управл ющих входах ключей Tai, TKI преобразовател  частоты по тактовой частоте работы устройства управлени  по положению ротора, сравниOs

fc

xj Ю 00

вают комбинацию указанных импульсов напр жени  с заданными штатными комбинаци ми согласно логике функционировани  вентильного электродвигател , контролируют полные токи Полн.а в анодной и Полг.к в катодной группах ключей преобразовател  частоты, устанавливают отсутствие указанных полных токов, кроме того, сравнивают с заданным значением текущие значени 

ПОЛНЫХ ТОКОВ полн.а В ЭНОДНОЙ И (полн.к В

катодной группах ключей и фиксируют превышени  указанных токов над заданной величиной , и в зависимости от комбинации контролируемых параметров устанавливают характер отказа и место его про влени  в вентильном электродвигателе.

Вентильный электродвигатель, а котором реализован способ обнаружени  отказов (фиг. 1), содержит электрическую машину 1, преобразователь 2 частоты с анодной 3 и катодной 4 группами ключей, управл ющие входы которых св заны с устройством управлени  по положению ротора , включающим датчик 5 положени  ротора и информационно-управл ющую систему 6. Электрическа  машина 1 содержит три секции 7-9 обмотки  кор  и вращающийс  индуктор (р 1), установленный на валу, на котором размещен датчик 5 положени  ротора. Двухполупериодный преобразователь 2 частоты содержит две группы ключей, анодную 3 и катодную 4, кажда  из которых выполнена на трех ключах (транзисторах ) соответственно 10-12 и 13-15, и шесть диодов 16-21 моста обратного тока. Информационно-управл юща  система 6 содержит блок 22 задани  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 положени  ротора соединены с трем  информационными входами функционального преобразовател  23 соответственно , выходы 29-34 которого св заны с управл ющими входами ключей 10-15 преобразовател  2 частоты. Управл ющий вход функционального преобразовател  23 подключен к выходу блока 22 задани  режима работы. Функциональный преобразователь 23 в данном конкретном случае содержит дешифратор 36 двоичного кода в двоично- дес тичный, три управл емых ключа 37-39 и шесть логических элементов 40-45 2 ИЛИ. Выходна  характеристика функционального преобразовател  23 определена логикой функционировани  вентильного электродвигател  в заданных режимах, в данном

конкретном случае описываетс  следующей системой однотипных булевых функций:

а xyq: b yzq; с zxq; d xyq; e yzq; k zxq,

где a, b, c, d. e, k - импульсы напр жени  на выходах 29-34 функционального преобразовател  23; х, у, z - импульсы напр жени  с выходов 26-28 датчика 5 положени  оотора соответственно; q - сигнал с выхода блока

0 22 задани  режима работы. Блок 22 задани  режима работы выполнен по схеме последовательного коммутатора.

Устройство 46, реализующее совокупность операций предлагаемого способа об5 наружени  и локализации отказов вентильного электродвигател  (фиг. 1), в данном конкретном случае содержит два компаратора 47 и 48, два нуль-органа 49 и 50, два фильтра 51 и 52, функциональный

0 преобразователь 53, посто нное запоминающее устройство 54, дес тиканальный фильтр 55 и индикатор 56 отказов.

Входы компаратора 47 (48) и нуль-органа 49 (50) объединены и подключены к выхо5 ду 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 посто нного запоминающего устройства 54 соот0 ветственно. П тый вход 61 посто нного запоминающего устройства 54 подключен к выходу функционального преобразовател  53, шесть информационных входов которого св заны с соответствующими выходами 295 34 функционального преобразовател  23. Управл ющий вход функционального преобразовател  53 подключен к выходу блока 22 задани  режима работы. Выходы 62-71 посто нного запоминающего устройства 54

0 через дес тиканальный фильтр 55 св заны с индикатором 56 отказов.

В табл. 1 приведены возможные сочетани  контролируемых параметров и соответствующие им аварийные режимы работы

5 вентильного электродвигател .

Рассматриваема  совокупность контролируемых параметров дает возможность не только вы вить вид аварийного режима, но и позвол ет конкретизировать место воз0 никновени  отказа. А именно, различить отказы в силовой (п. 3, 4 в табл. 1) и дискретной (п.5-10 в табл. 1) част х вентильного электродвигател . При этом дл  большей части аварийных режимов (п. 3-9 в табл.

5 1) по вл етс  возможность определить место по влени  отказа с точностью до принадлежности к группе (анодной или катодной) ключей преобразовател  частоты.

Компараторы 47 и 48 и нуль-органы 49 и 50 мосут быть выполнены по любой известной схеме. Посто нное запоминающее устройство 54 реализуетс  на стандартных микросхемах программируемых ПЗУ.

Таблица программировани  посто нного запоминающего устройства 54 приведена в табл. 2.

Функциональный преобразователь 53 имеет следующую выходную характеристику

f ( ( abcdek V abcdek V abcdik V abcdek V V abcdek Y abcdek ) q V abcdek q )

и конструктивно содержит следующие логи- ческие 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 RC- цепи и неинвертирующего усилител -преобразовател  уровн . Индикатор 56 отказов содержит одиннадцать RS-триггеров 97- 107, дес ть управл емых ключей 108-117, дев тивходовый логический сумматор 118, транзисторные ключи 119-128, светодиоды 129-139, формирователи 139-148 импульсов по обратному фронту. Формирователи 139- 148 импульсов могут быть выполнены в любом известном виде. Информационные входы управл емых ключей 108-117  вл ютс  входами индикатора 56 отказов. Выход каждого из указанных ключей 108-117 подключен к S-входу соответствующего RS- триггера 97-106 и входу соответствующего формировател  139-148 импульсов, выходы которых через разв зывающие диоды подключены к R-входам RS-триггеров 97-106 соответственно . Выходы триггеров 97-106 подсоединены к управл ющим входам соответствующих транзисторных ключей 119- 128, каждый из которых в свою очередь св зан с соответствующим светодиодом 129-138, S-входы триггеров 98-106 подключены к соответствующим входам логического сумматора 118, выход которого через RS-триггер 107 св зан с объединенными управл ющими входами ключей 108-117. Установка триггеров 97-107 в исходное состо ние происходит при подключении устройства контрол  к источнику питани  с помощью дифференцирующей RC-цепи 149.

При нормальном режиме работы вентильного электродвигател  (фиг. 1)периодически на каждом межкоммутационном интервале подключают к источнику питани  и отключают от него комбинации секций 7-9 обмотки  кор  электрической машины 1 с помощью ключей 10-15 преобразовател  частоты . При этом потребл емый (нарастающий ) ток протекает по контуру: источник питани  - измерительный резистор 24 - транзистор анодной группы - секции I, J обмотки  кор  -транзистор катодной группы - измерительный резистор 25 - источник литани , а коммутационный (спадающий) ток замыкаетс  по контуру: транзистор анодной (катодной ) группы-секции i, k)j,k)-диод катод ной (анодной) группы - измерительный реэи0 стор 24 (25) - транзистор анодной (катодной) группы. Например, в момент времени ti (фиг. 2) по сигналам датчика 5 положени  ротора при открытом ключе 10 закрываетс  ключ 14 и открываетс  ключ 15. При этом

5 образуютс  два замкнутых контура, по которым протекает нарастающий и спадающий токи. Ток нарастает в контуре: источник питани  - измерительный резистор 24 - ключ 10 - секци  7 - секци  9 - ключ 15 - измери0 тельный резистор 24 - ключ 10 - секци  7 - секци  9 - ключ 15 - измерительный резистор 25 - источник питани ; спадающий ток протекает по контуру: секци  7 - секци  8 - диод 17 - измерительный резистор 24 5 ключ 10 - секци  7. Аналогичным образом происходит образование контуров и на других межкоммутационных интервалах. В нор- мальном режиме на каждом межкоммутационном интервале через один

0 из измерительных резисторов (рассмотренном примере это резистор 24) протекает полный ток (ток Полн.а), определ емый суммой потребл емого и коммутационного тока , а через второй резистор (в

5 рассматриваемом примере это резистор 25) - только потребл емый ток. При этом сигнал на выходе измерительных резисторов не превышает напр жени  срабатывани  компараторов 47 и 48. Кроме того, при исправ0 ном состо нии устройства управлени  по положению ротора импульсы напр жени  а, Ь, с, d, e, k поступают на управл ющие входы ключей 10-15 согласно заданному алгоритму функционировани , математически оп5 ределенному функцией f. На каждом межкоммутационном интервале одно из семи логических произведений импульсов напр жени  а, Ь, с, d, e, k, q совпадают с заданным, а следовательно, функци  f всег0 да соответствует логическому нулю. Это эк- вивалентно отсутствию нештатных комбинаций импульсов напр жени  на управл ющих входах ключей 10-15 преобразовател  2 частоты и сигналу нулевого

5 логического уровн  на выходе 61 функционального преобразовател  53. При рассмотрении совокупности контролируемых величин на входах 57-61 (поз. 1 табл. 1) посто нного запоминающего устройства 54 с его выходов считываетс  комбинаци  сигнавеличин на входах 57-61 (поз. 1 табл. 1) посто нного запоминающего устройства 54 с его выходов считываетс  комбинаци  сигналов , соответствующа  нормальному режиму; а именно, на входе 62 имеетс  сигнал положительного логического уровн , а на входах 63-71 - нулевого логического уровн  (интервал времени to-ta фиг. 2). Аналогична  информаци  с задержкой, определ емой параметрами RC-цепи, посто нно формируетс  на выходах дес тиканального фильтра 55 и, следовательно, на соответствующих входах индикатора 56 отказов. С выхода канала 87 фильтра 55 сигнал положительного логического уровн  через открытый управл емый ключ 108 поступает на S-вход триггера 97, обеспечива  установку аналогичного сигнала на его пр мом выходе . По вление положительного потенциала на управл ющем входе транзисторного ключа 119 обеспечивает подключение к источнику питани  светодиода 129, характеризующего нормальный режим работы питани  светодиода. Кроме того, при нормальном режиме сигналы на входах открытых управл емых 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 управл ющих входах ключей 106-117, которые в таком состо нии без изменени  передают информацию с выходов фильтра 54 на соответствующие S-входы RS-триггеров 97- 106.

Предположим, что в процессе работы вентильного электродвигател  произошел обрыв в силовой цепи ключа 11 анодной группы 3 преобразовател  2 частоты. Примерами данного вида отказов могут служить обрывы в цеп х: переход база-эмиттер транзистора, эмиттер транзистора - секци  обмотки  кор , коллектор транзистора - источник питани  и т.д. При этом отказе в момент поступлени  сигналов управлени  на отключение ключа 10 и включение ключа 11 при включенном ключе 15 (момент времени тг, Фиг. 2) ключ 11 не открываетс  и замкнутого электрического контура: источник питани  - измерительный резистор 24 - ключ 11 - секции 8, 9 обмотки  кор  - ключ 15 - измерительный резистор 25 - источник питани  не образуетс . Обмотка  кор  электрической машины 1 на узловом интервале, равном двум межкоммутационным интервалам (интервал времени ta-ii). оказываетс  отключенной от источника питани . Вращающий момент при этом создаетс  только за счет коммутационного тока, спадающего по цепи: ключ 15 - измерительный резистор 25диод 20 - секции 7 и 9 обмотки  кор  - 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 Ополн.а 0), а выходное напр жение на измерительном резисторе 25 катодной группы определ етс  величиной коммутационного тока. Этот ток в

0 начале рассматриваемого межкоммутационного интервала (момент времени t2) равен полному току в Ополгк) в конце предыдущего межкоммутационного интервала, на котором обмотка  кор  вентильного электродвигател 

5 была подключена к источнику питани  с помощью исправных ключей 10 и 15 преобразовател  частоты. Рассмотренна  совокупность сигналов на выходе измерительных резисторов 24 и 25 обеспечивает формирование сигна0 лов нулевого логического уровн  на выходе компараторов 47 и 48 и на выходе нуль-органа

49,кроме того, формируетс  сигнал единичного логического уровн  на выходе нуль-органа

50.Учитыва , что датчик положени  ротора 5 и 5 функциональный преобразователь 23 исправны , на выходе функционального преобразова- тел  53 сохран етс  сигнал нулевого логического уровн , эквивалентный отсутствию нештатных комбинаций сигналов. Таким

0 образом, комбинаци  состо ний контролируемых сигналов на входах 57-61 (момент времени tz, фиг. 3) посто нного запоминающего устройства 54 соответствует поз. 3 табл. 1, определ ющей рассматриваемый вид отказов. Така 

5 комбинаци  сигналов приводит к по влению сигнала положительного логического уровн  на выходе 64 посто нного запоминающего устройства 54 и сигналов нулевого логического уровн  на его остальных выходах 62 и 63.65-71.

0 С задержкой времени, определ емойпарамет- рами RC-цепи фильтра 55, на соответствующих входных каналах индикатора 56 отказов формируетс  аналогична  информаци . По вление сигнала нулевого логического уровн  на входе

5 открытого ключа 108 приводит к срабатыванию формировател  139 импульса, положительный сигнал которого обнул ет RS-триггер 97. Транзисторный ключ 119 переводитс  в закрытое состо ние и светодиод 129 отключаетс  от источника

0 питани . Сигнал положительного логического уровн  с канала 89 фильтра 55 через открытый ключ 110 поступает на S-вход RS-триггера 99. На его выходе по вл етс  сигнал положительного логического уровн , который открывает транзи5 сторный ключ 121. Светодиод, характеризующий аварийный режим типа обрыв в силовом ключе анодной группы преобразовател  частоты , подключаетс  к источнику питани . Кроме того, сигнал положительного логического уровн  с выхода управл емого ключа

110 поступает через логической сумматор 118 на S-вход RS-триггера 107. На его инверсном выходе устанавливаетс  сигнал нулевого логического уровн , закрывающий управл емые ключи 108-117. С этого момента (момент времени 1з) до момента прин ти  пользователем решени  состо ние выходных сигналов индикатора 56 отказов не измен етс .

Сигнал с выхода логического сумматора 118 может быть также использован дл  отключени  вентильного электродвигател  при фиксации любого аварийного режима.

Аналогичным образом фиксируютс  и другие аварийные режимы, приведенные в табл. 1. В частности, на фиг. 3 показаны диаграммы напр жений и токов в узлах функциональной схемы фиг. 1, по сн ющие алгоритм контрол  при аварийном режиме с организацией режима противовключени  на одном межкоммутационном интервале периода 2 тг/р (момент времени ц и ta (поз. 2 табл. 1). Такого типа аварийные режимы возникают при отказах в устройстве управлени  по положению ротора, например, при пересечении в дешифраторе 36 функционального преобразовател  23 оборванного проводника от вывода 4 с выводом 3.

Кроме того, при контроле непосредственно может быть использована информаци  о полном токе в анодной и катодной группах, поступающа  с датчиков тока, которые широко используютс  в вентильных электродах дл  целей ограничени  тока, а в авиационных электроприводах ко всему еще и дублируютс .

Таким образом, способ обнаружени  и локализации отказов вентильного электродвигател  позвол ет улучшить селективность отказов по месту их про влени  за счет оптимального алгоритма обработки информации об отсутствии полного тока как в анодной, так и в катодной группах ключей

преобразовател  частоты, о превышении названных токов над заданным уровнем, а также о наличии нештатных комбинаций и сигналов на управл ющих входах ключей преобразовател  частоты.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ обнаружени  и локализации отказов вентильного электродвигател , содержащего электрическую машину с m-секционной обмоткой  кор  и числом пар полюсов р, двухполупериодный преобразователь частоты с анодной и катодной группами ключей соответственно T8i, TKI.

   управл ющие входы которых св заны с устройством управлени  по положению ротора , включающим датчик положени  ротора и информационно-управл ющую систему, при котором контролируют импульсы напр жени  на управл ющих входах ключей Таи, TKI преобразовател  частоты по тактовой частоте работы устройства управлени  по положению ротора, сравнивают комбинацию указанных импульсов напр жени  с

   заданными штатными комбинаци ми согласно логике функционировани  вентильного электродвигател , отличающий - с   тем, что, с целью улучшени  селективности обнаружени  отказов по месту их про влени , дополнительно контролируют полные токи 1Полн.а в анодной и (полное в катодной группах ключей преобразовател  частоты , устанавливают отсутствие указанных полных токов, кроме того, сравнивают с заданным значением текущие значени  полных ТОКОВ 1поли.з В анОДНОЙ И (полн.к В

   катодной группах ключей и фиксируют превышени  указанных токов над заданным значением, после чего в зависимости от ком- бинэции контролируемых параметров устанавливают характер отказа и место его про влени  в вентильном электродвигателе .

   Таблица 1

   Примечание. ДВ - двигательный режим; ПВ - режим противовключени ;

   ДТ - режим динамического торможени ; МОТ - мост обратного тока; КЗ - короткое замыкание; ОЯ - обмотка  кор ; ЧЭф)1 - чувствительный элемент катодной (анодной) группы; ДПР - датчик положени  ротора; ДТа(к).по н. - датчик полного тока в анодной (катодной) группе ключей преобразовател  частоты; Та(к)| - 1-й ключ анодной (катодной) группы преобразовател  частоты; #мк - углова  длительность межкоммутационного интервала; - углова  длительность сигнала ДПР; в- угол опережени  включени .

   Таблица 2

   iSP Гьмг,, r-i

   je 7t, Гг-. | ГЛ

   длроб  кзщие входы ttfltoveij fQ- IS

   v+

   ® cu4i

   -Jo WCTW 3 ci№H -gcr -Ссэ|н

   ©-сгн н

   Ч 0V

   г

   i

   ,

   Раг.З