УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И ЗАЩИТЫ СИСТЕМЫ "СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ - АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ"

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике и может быть использована для контроля вращения асинхронного электродвигателя, в частности гиромотора авиагоризонта, и его защиты от коротких замыканий.
Известна система контроля трехфазного асинхронного гиромотора авиагоризонта (см. АС СССР №1579172, 1987 г.), основанная на непосредственном измерении числа оборотов электродвигателя.
Недостатком известного устройства является отсутствие защиты от короткого замыкания нагрузки.
Известна) также система контроля асинхронного электродвигателя, основанная на непосредственном измерении числа оборотов электродвигателя, содержащая статический преобразователь тока, коммутатор с блоком управления коммутатором, а также блок контроля и сигнализации (см. патент РФ №2285237, 2004 г).
Недостатком этой системы также является отсутствие защиты от короткого замыкания нагрузки.
По совокупности сходных существенных признаков наиболее близким к предложенной полезной модели является система контроля асинхронного электродвигателя (см. патент РФ №2342638, 2007), содержащая шину питания, подключенную к статическому преобразователю тока, выходы которого подключены через коммутатор, управляемый блоком управления коммутатора, к фазам асинхронного электродвигателя, две фазы из которых подключены к входу блока контроля и сигнализации, а также содержащий датчик тока узел защиты, отключающий коммутатор от электродвигателя при превышении тока через него.
Известное устройство обладает следующими недостатками:
1. Требуется отдельный от статического преобразователя тока коммутатор и блок управления коммутатором.
2. Имеется большая задержка по времени между моментом короткого замыкания в нагрузке и срабатыванием узла защиты, основанного на датчике тока, включенного в разрыв шины питания статического преобразователя тока.
3. После устранения короткого замыкания в нагрузке система автоматически не восстанавливается и требует выключения и повторного включения электропитания.
4. Отсутствует механизм управления величиной выходного напряжения статического преобразователя для ускорения разгона гироскопа с последующим снижением выходного напряжения примерно на 25% для уменьшения нагрева гироскопа и увеличения его срока службы.
Целью заявленной полезной модели является устранение указанных недостатков прототипа, то есть упрощение устройства, уменьшение времени задержки срабатывания узла защиты от короткого замыкания в нагрузке, а также реализация функций самовосстановления после устранения токовой перегрузки и управления разгоном и торможением гироскопа.
Поставленная цель достигается тем, что предложено устройство контроля и защиты системы «статический преобразователь - асинхронный электродвигатель», содержащее шину питания постоянного тока, подключенную к статическому преобразователю тока, выходы которого подключены через коммутатор к фазам асинхронного электродвигателя, две из которых подключены к входу блока контроля и сигнализации, а также датчик тока узла защиты, подключенного к коммутатору через первый вход логического элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к блоку управления коммутатором.
Новым в предложенном устройстве является то, что статический преобразователь тока выполнен в виде последовательного соединения повышающего преобразователя напряжения (конвертора) и инвертора на основе трех выполняющих функцию коммутатора полумостовых драйверов с входами блокировки и управления и силовыми ключами. В качестве блока управления драйверами (коммутатором) используется микроконтроллер, входящий в состав инвертора статического преобразователя тока, выходы ШИМ-сигналов которого подключены к управляющим входам драйверов инвертора статического преобразователя тока, а вход сигнала контроля подключен к выходу блока контроля и сигнализации. Узел защиты с датчиком тока, включенным в разрыв шины питания между конвертором и инвертором, содержит подключенное к датчику тока пороговое устройство и подключенный к нему одновибратор, выход которого подключен к первому входу логического элемента ИЛИ инвертора.
Технический результат заявленной полезной модели состоит в упрощении устройства, уменьшении времени задержки срабатывания узла защиты от коротких замыканий, а также реализации функций самовосстановления после снятия токовой перегрузки и управления разгоном и торможением асинхронного электродвигателя (гироскопа).
На фигуре представлена функциональная блок-схема заявленного устройства.
Заявленное устройство содержит шину питания постоянного тока 1, статический преобразователь тока 2, состоящий из последовательно соединенных конвертора 3 и инвертора 4, в разрыв по питанию между которыми включен входящий в инвертор 4 и узел защиты 5 датчик тока 6 с подключенным к нему пороговым устройством 7, соединенным с одновибратором 8, выход которого подключен к блоку контроля и сигнализации 9 и через первый вход логического элемента ИЛИ 10 к блокирующим входам полумостовых драйверов 11 с силовыми ключами, входы управления которых подключены к соответствующим выходам ШИМ-сигналов микроконтроллера 12, сдвинутых относительно друг друга на 120 градусов. Выход сигнала отключения драйверов микроконтроллера 12 подключен ко второму входу логического элемента ИЛИ 10, а вход сигналов контроля микроконтроллера 12 соединен с выходом результатов контроля блока контроля и сигнализации 9. Выходы силовых ключей, управляемых полумостовыми драйверами 11 (на чертеже не показаны) подключены к фазным обмоткам асинхронного электродвигателя 13, две из которых подключены к соответствующим входам блока контроля и сигнализации 9.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Драйверы 11 с силовыми ключами на выходе инвертора 4 статического преобразователя тока 2 являются коммутаторами фазных напряжений асинхронного электродвигателя 13. Они периодически закрываются с помощью микроконтроллера 12 сигналом, поступающим на второй вход логического элемента ИЛИ 10, при этом подача электроэнергии на асинхронный электродвигатель 13 прекращается на короткий промежуток времени. При этом ротор электродвигателя 13 (на чертеже не показан) продолжает вращаться по инерции (на выбеге) и индуцирует в обмотках асинхронного электродвигателя 13 ЭДС выбега, сигналы которой поступают на вход блока контроля и сигнализации 9. Чтобы не нарушать вращения асинхронного электродвигателя 13 микроконтроллер 12 формирует сигналы отключения драйверов 11 привязанными по времени к управляющим ШИМ-сигналам. Если частота вращения ротора электродвигателя 13 ниже предельно допустимой, то блок блок контроля и сигнализации 9 сигнализирует о том, что ротор электродвигателя 13 не разогнался до нужных оборотов, либо обороты упали до нижнего предельно допустимого значения и требуется повысить напряжение питания асинхронного электродвигателя 13, и выдает соответствующий сигнал на вход микроконтроллера 12. Микроконтроллер 12 меняет коэффициент заполнения ШИМ-сигнала на соответствующих входах драйверов 11, так же, как и при включении устройства, повысив напряжение питания асинхронного электродвигателя 13 для его разгона. Как только частота вращения ротора асинхронного электродвигателя 13 достигнет верхней границы предельно допустимого значения, блок контроля и сигнализации 9 снимает сигнал отказа и формирует сигнал исправности, по которому микроконтроллер 12 устанавливает обычную величину ШИМ-сигналов на управляющих входах драйверов 11, при которой уменьшается нагрев двигателя (гиромотора) и увеличивается его срок службы.
Таким образом, происходит контроль разгона асинхронного электродвигателя 13. Отключение электродвигателя 13 в случае возникновения повышенного потребления тока, например, при заклинивании ротора электродвигателя 13 или короткого замыкания в его обмотках, происходит следующим образом.
Для защиты устройства в разрыв шины питания драйверов 11 инвертора 4 статического преобразователя тока 2 включен узел защиты 5 с датчиком тока 6 (резистором) с подключенным к нему пороговым устройством 7 и одновибратором 8. При нормальном значении тока пороговое устройство находится в отключенном состоянии, при котором одновибратор 8 не срабатывает. Как только ток через датчик 6 увеличивается до предельно допустимого значения, срабатывает пороговое устройство 7 и запускает на определенное время одновибратор 8, при этом сигнал с его выхода через первый вход логического элемента ИЛИ 10 блокирует прохождение ШИМ-сигналов с микроконтроллера 12 на силовые ключи (на чертеже не показаны), управляемые драйверами 11. При этом ток через датчик тока 6 уменьшается, срабатывает пороговое устройство 7 и возвращается в исходное состояние одновибратор 8, обеспечивая тем самым автоматическое восстановление
работоспособности устройства после снятия короткого замыкания. Если короткое замыкание не устранено, то срабатывает пороговое устройство 7 и одновибратор 8, снимая питание с нагрузки.
Стабилизация выходного напряжения статического преобразователя тока 2 в фазах электродвигателя 13 может осуществляться по средневыпрямленному напряжению путем управления выходным напряжением конвертора 3 с помощью ШИМ-контроллера, входящего в состав конвертора. На чертеже цепь стабилизации выходного напряжения статического преобразователя тока не показана.