АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД СО СВОЙСТВОМ ЖИВУЧЕСТИ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в широкорегулирумых асинхронных электроприводах.
Известен асинхронный электропривод (патент РФ на изобретение №2109397, МПК 6 Н02Р 5/408, опубл. 04.20.1998), выбранный в качестве прототипа, содержащий трехфазный асинхронный двигатель, каждая фаза которого через датчики тока подключена к соответствующей преобразовательной ячейки трехфазного преобразователя частоты, три регулятора тока, которые соединены с датчиками тока и подключены к соответствующим преобразовательным ячейкам и регулятор скорости, входы которого соединены с задатчиком частоты вращения и с фазными ЭДС двигателя, а выходы подключены к соответствующим регуляторам тока.
Недостатком этого технического решения является невозможность обеспечения живучести электропривода в случае обрыва в одной из фаз двигателя или отказа в одной из ячеек преобразователя частоты.
Задачей изобретения является обеспечение живучести трехфазного асинхронного двигателя при аварийном отключении одной из фаз путем сохранения кругового вращающегося поля.
Поставленная задача решена за счет того, что асинхронный электропривод со свойством живучести, также как и прототип, содержит трехфазный асинхронный двигатель, каждая фаза которого через датчики тока подключена к соответствующей преобразовательной ячейки трехфазного преобразователя частоты и задатчик частоты вращения. Согласно полезной модели асинхронный электропривод дополнительно содержит блок диагностики, который связан с преобразовательными ячейками и с микроконтроллером, который подключен к датчику скорости, к
задатчику частоты вращения, к трем датчикам тока и к преобразовательным ячейкам трехфазного преобразователя частоты.
В случае отказа в одной из фаз двигателя или преобразовательной ячейки, что непрерывно анализируют блоком диагностики, обеспечено сохранение кругового вращающегося поля и направления вращения вала двигателя с расширенным диапазоном регулирования за счет активизации алгоритма восстановления, запрограммированном в микроконтроллере, при переключении из трехфазного в двухфазный режим работы. Это переключение происходит за интервал времени, не превышающий период широтно-импульсной модуляции преобразователя частоты при отсутствии дополнительных аппаратных затрат для поддержки алгоритма восстановления работоспособности.
На фиг.1 представлена функциональная схема микроконтроллерной системы управления трехфазным асинхронным двигателем.
Асинхронный электропривод со свойством живучести выполнен по схеме, изображенной на фиг.1, где асинхронный двигатель 1 (АД) через датчики тока 2 (ДТ1) 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) подключен к преобразовательным ячейкам 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2) и 7 (ПЯ3) трехфазного преобразователя частоты. К преобразовательным ячейкам подключен блок диагностики 8 (БД), связанный с микроконтроллером 9 (МК). Выходы датчиков тока 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) подключены к микроконтроллеру 9 (МК). На валу асинхронного двигателя 1 (АД) установлен датчик скорости 10 (ДС), выход которого подключен к микроконтроллеру 9 (МК). Задатчик частоты вращения вала двигателя 11 (ЗЧВ) подключен к микроконтроллеру 9 (МК), который также связан с преобразовательными ячейками 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7(ПЯ3), которые подключены к асинхронному двигателю 1 (АД).
В качестве асинхронного двигателя 1 (АД) можно выбрать любой трехфазный асинхронный двигатель с развязанными фазами, т.е. начало и конец каждой статорной обмотки выведены в коробку выводов, например, АДМ63 В4У3. В качестве датчиков тока 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) могут быть
использованы стандартные датчики с гальванической развязкой, например, модули ЛЕМ типа LA 25-NP. Датчик скорости 10 (ДС) может быть любого типа с аналоговым или цифровым выходом, например BE 178A. В качестве микроконтроллера 9 (МК) может быть выбран одноплатный микроконтроллер типа АТ89С2051 с тактовой частотой 4 МГц. В качестве преобразовательных ячеек 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7(ПЯ3) трехфазного преобразователя частоты использован инвертор, выполненный по мостовой или полумостовой схеме. Задатчик частоты вращения 11 (ЗЧВ) может быть выполнен в виде блока, вырабатывающего аналоговый или цифровой сигнал задания. Вариант исполнения блока диагностики 8 (БД) описан в [Однокопылов Г.И. Датчик состояния преобразовательной ячейки // IV Международная научно-техническая конференция «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения», Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ 2004. - 70 с.]
Входной величиной электропривода является сигнал с задатчика частоты вращения 11 (ЗЧВ), который поступает в микроконтроллер 9 (МК). Фазные токи двигателя, определяемые с помощью датчиков тока 2 (ДТ1), 3 (ДТ2), 4 (ДТ3) и частота вращения вала двигателя, которая определяется с помощью датчика скорости 10 (ДС) поступают на регуляторы токов и регулятор скорости соответственно, запрограммированные в микроконтроллере 9 (МК), в котором вырабатывают задания на токи для каждой фазы двигателя, поступающие в преобразовательные ячейки 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3) трехфазного преобразователя частоты.
Блок диагностики 8 (БД) анализирует состояние преобразовательных ячеек 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3) на каждом интервале широтно-импульсной модуляции и вырабатывает три бита отказа a, b, с, составляющих слово состояния электропривода, поступающее в микроконтроллер 9 (МК). В случае обнаружения отказа или в одной из фаз двигателя или в одной из ячеек преобразователя частоты в микроконтроллере 9 (МК) включают алгоритм восстановления, при котором корректируют мгновенные значения
фазных токов асинхронного двигателя 1 (АД) для опережающей фазы вектора тока по выражениям:
;
;
;
а для отстающей фазы вектора тока:
;
;
,
ω
где I - значение амплитуды формируемых фазных токов, А;
σ - число двоичных разрядов выходного кода цифрового сигнала, полученного в результате интегрирования сигнала с датчика скорости;
d - значение бита, вычисляемого по логическому выражению d=a∪b∪c (∪ - логическая операция ИЛИ), если d=1 - есть отказ в одной из фаз;
, , ,  - инверсные значения a, b, с, d;
α - значение текущего двоичного кода цифрового сигнала, полученного в результате интегрирования сигнала с датчика скорости.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет обеспечить живучесть трехфазного асинхронного электропривода, выполненного с микроконтроллерной системой управления, при аварийном отключении одной из фаз путем сохранения кругового вращающегося поля с расширенным диапазоном регулирования частоты вращения.