ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД СО СВОЙСТВОМ ЖИВУЧЕСТИ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в широкорегулирумых вентильных двигателях.
Известен вентильный электропривод (А.с. СССР №1746482, МКИ 3 Н 02 Р 7/42. - Опубл. в Б.И., 1992, №25), выбранный в качестве прототипа, содержащий трехфазный синхронный двигатель, на валу которого установлен датчик положения ротора, сдвинутый относительно корпуса двигателя на угол нагрузки θ=π/2, три преобразовательные ячейки трехфазного преобразователя частоты с выходами для подключения к источнику питания и выходом, соединенным с фазными выводами обмотки синхронного электродвигателя. Управляющий вход преобразователя частоты подключен к трехканальному выходу регулятора тока. Первая группа входов регулятора тока соединена с выходами датчиков тока, включенных в цепи обмотки статора синхронного электродвигателя. Вторая группа входов регулятора тока подключена к выходам трехканального умножающего формирователя гармонических сигналов. Один вход формирователя соединен с задатчиком частоты вращения. Датчики состояния фаз, каждый из которых включен в соответствующую входную цепь преобразовательных ячеек трехфазного преобразователя частоты, имеют токовые входы, подключенные к выходам соответствующих датчиков тока. Преобразователь кода имеет 3 входа, подключенных к соответствующим выходам датчиков состояния фаз, и 4 выхода, первый из которых подключен к управляющему входу мультиплексора, а остальные три выхода соединены с дополнительными входами формирователя гармонических сигналов.
Двухвходовый сумматор, первый вход которого задает значение угла, равного ψ-θ, для получения угла нагрузки ψ=π/6 в двухфазном режиме. Второй вход сумматора соединен с выходом датчика положения ротора, а выход сумматора - со вторым информационным входом двухвходового мультиплексора. Первый информационный вход мультиплексора соединен с выходом датчика положения ротора.
Недостатками этого технического решения являются: повышенные аппаратные затраты, необходимые для отработки алгоритма восстановления при отказе в одной из трех фазных преобразовательных ячеек электропривода, а также жестко реализованная структура системы управления, не позволяющая расширить функциональные возможности электропривода.
Задачей заявляемой полезной модели является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей вентильного электропривода со свойством живучести при аварийном отключении одной из фаз путем сохранения кругового вращающегося поля с расширенным диапазоном регулирования частоты вращения.
Поставленная задача решена за счет того, что вентильный электропривод со свойством живучести, также как и прототип, содержит трехфазный синхронный двигатель, на валу которого установлен датчик положения ротора, три преобразовательных ячейки трехфазного преобразователя частоты, подключенные к источнику питания через соответствующие датчики состояния фаз, при этом преобразовательные ячейки соединены с обмотками синхронного электродвигателя через датчики тока, которые подключены к датчикам состояния фаз, а также задатчик частоты вращения. Согласно полезной модели синхронный электродвигатель выполнен в виде m-фазной синхронной машины, где m≥3, дополнительно введен микроконтроллер, к которому подключены m датчиков состояния фаз, m преобразовательных ячеек m-фазного преобразователя частоты, m датчиков тока, датчик положения и задатчик
частоты вращения.
За счет возможности реализации датчика положения в цифровом или аналоговом виде и возможности изменения структуры и параметров программы, реализующей алгоритм восстановления с учетом технических характеристик элементов электропривода расширены его функциональные возможности.
Кроме того, обеспечена возможность работы с синусоидальной формой тока, и в случае отказа в одной из фаз обеспечено сохранение кругового вращающегося поля с расширенным диапазоном регулирования и уменьшенным временем реакции микроконтроллерной системы управления при переключении алгоритма восстановления из m-фазного в (m-1) - фазный режим. 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, позволяющая реализовать программное управление всеми режимами m-фазного вентильного двигателя.
Вентильный электропривод (фиг.1) содержит m-фазный синхронный электродвигатель 1 (СД), на валу которого установлен датчик положения ротора 2 (ДП), m преобразовательных ячеек m-фазного преобразователя частоты 3 (ПЯ1), 4 (ПЯ2), 5 (ПЯm), подключенные к клемме 6 источника постоянного напряжения через датчики состояния фаз 7 (ДСФ1), 8 (ДСФ2), 9 (ДСФm). Кроме того преобразовательные ячейки 3 (ПЯ1), 4 (ПЯ2), 5 (ПЯm) подключены к другой клемме 10 источника постоянного напряжения электропривода. Выходы преобразовательных ячеек 3 (ПЯ1), 4 (ПЯ2), 5 (ПЯm) соединены с фазными выводами обмоток синхронного электродвигателя 1 (СД) через датчики тока 11 (ДТ1), 12 (ДТ2), 13 (ДТm), выходы которых подключены к токовым входам датчиков состояния фаз 7 (ДСФ1), 8 (ДСФ2), 9 (ДСФm). Микроконтроллер 14 (МК) подключен к
задатчику частоты вращения 15 (ЗЧВ) каналом связи 16. Каналы связи 17, 18 и 19 микроконтроллера 14 (МК) подключены к соответствующим информационным выходам датчиков состояния фаз 7 (ДСФ1), 8 (ДСФ2), 9 (ДСФm). Каналы связи 20, 21 и 22 подключены к управляющим входам соответствующих преобразовательных ячеек 3 (ПЯ1), 4 (ПЯ2), 5 (ПЯm) m-фазного преобразователя частоты. Каналы связи 23, 24 и 25 подключены к соответствующим выходам датчиков тока 13 (ДТm), 12 (ДТ2), 11 (ДТ1). Канал связи 26 подключен к выходу датчика положения 2 (ДП).
В качестве синхронного электродвигателя 1 (СД) может быть выбрана любая m-фазная синхронная машина. В качестве датчиков 11 (ДТ1), 12 (ДТ2), 13 (ДТm) тока могут быть использованы стандартные датчики с гальванической развязкой. Датчик положения 2 (ДП) реализован в виде датчика положения, обеспечивающего позиционную модуляцию вентильного электродвигателя. Микроконтроллер 14 (МК) использован серийно выпускаемый. В качестве преобразовательных ячеек 3 (ПЯ1), 4 (ПЯ2), 5 (ПЯm) преобразователя частоты использован инвертор, выполненный по мостовой или полумостовой схеме. Задатчик частоты вращения 15 (ЗЧВ) может быть выполнен в виде блока, вырабатывающего аналоговый или цифровой сигнал задания.
Входной величиной электропривода является сигнал с задатчика частоты вращения 15 (ЗЧВ). Из блока датчика положения ротора 2 (ДП) поступает в микроконтроллер 14 (МК) сигнал а углового положения вала синхронного электродвигателя 1 (СД), по которому микроконтроллер 14 (МК) вырабатывает задания для каждой фазы, поступающие в преобразовательные ячейки 3 (ПЯ1), 4 (ПЯ2), 5 (ПЯm). По значениям сигналов с выходов датчиков тока 11 (ДТ1), 12 (ДТ2), 13 (ДТm) в микроконтроллере 14 (МК) корректируют мгновенные значения фазных токов синхронного электродвигателя 1 (СД).
Датчики состояния фаз 7 (ДСФ1), 8 (ДСФ2), 9 (ДСФm) анализируют состояние преобразовательных ячеек 3 (ПЯ1), 4 (ПЯ2), 5 (ПЯm) на каждом
интервале широтно-импульсной модуляции и вырабатывают m битов отказа, составляющих слово состояния электропривода, поступающее в микроконтроллер 14 (МК).
В случае неравенства нулю одного из битов слова состояния электропривода по отказам задания на ток в (m-1) оставшихся фазах вычисляют по алгоритму, реализованному в прототипе.
Таким образом предложенное техническое решение позволяет обеспечить упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей m-фазного вентильного электропривода со свойством живучести, выполненного с микроконтроллерной системой управления, при аварийном отключении одной из фаз путем сохранения кругового вращающегося поля с расширенным диапазоном регулирования частоты вращения.