ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД СО СВОЙСТВОМ ЖИВУЧЕСТИ

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в отказоустойчивых асинхронных электроприводах со структурным резервированием и обеспечением повышенной живучести при неоднократных отказах силовых ключей мостового инвертора.
Известен трехфазный асинхронный электропривод со свойством живучести [RU 2326480 C1, МПК H02H 7/09 (2006.01), H02H 7/12 (2006.01), опубл. 10.06.2008], содержащий асинхронный двигатель, который через три датчика тока подключен к соответствующим трем преобразовательным ячейкам трехфазного преобразователя частоты, к которым подключен блок диагностики, связанный с микроконтроллером. Выходы датчиков тока подключены к микроконтроллеру. На валу асинхронного двигателя установлен датчик скорости, выход которого подключен к микроконтроллеру. Задатчик частоты вращения вала двигателя подключен к микроконтроллеру, который связан с преобразовательными ячейками.
Известен асинхронный электропривод со свойством живучести (Толубаев В.В., Однокопылов Г.И., Богданов А.А. Способ повышения живучести асинхронного электропривода компрессорной установки// Электронные и электромеханические системы и устройства (Томск, 14-15 февр. 2013 г.) ОАО «НПЦ "Полюс"». - Томск, 2013. - 268 с.) выбранный в качестве прототипа, содержащий m-трехфазных мостовых инверторов, силовые входы которых подключенными к цепям питания постоянного тока, а m-выходов каждой из трех фаз инвертора объединены и подключены через три датчика тока к соответствующей обмотке статора асинхронного двигателя, на валу которого установлен датчик скорости, соединенный с микроконтроллером, к которому подключены задатчик частоты вращения, преобразователь частоты и три датчика тока. Каждый трехфазный мостовой инвертор содержит шесть силовых ключей, соединенных по схеме Ларионова. В цепях подключения каждого ключа к источнику питания постоянного тока установлены защитные элементы состоящие из плавкой вставки и соответствующего коротящего тиристора управляемого от микроконтроллера.
Асинхронный электропривод позволяет обеспечить восстановление работоспособности электропривода при неоднократных отказах силовых ключей преобразователя частоты за счет m-кратного резерва для каждой фазы трехфазного двигателя.
Недостатком этого технического решения являются повышенные аппаратные затраты по реализации защитных элементов - число коротящих тиристоров равных числу ключей m-трехфазных мостовых инверторов.
Задачей полезной модели является упрощение устройства и улучшение его массогабаритных показателей.
Поставленная задача решена за счет того, что трехфазный асинхронный электропривод со свойством живучести содержит также, как в прототипе, m-трехфазных мостовых инверторов, силовые входы которых подключены к положительному и отрицательному выводам источника питания постоянного тока, при этом выходы каждой из трех фаз инверторов объединены и подключены через соответствующий датчик тока к соответствующей обмотке статора асинхронного двигателя, на валу которого установлен датчик скорости, соединенный с микроконтроллером, к которому подключены задатчик частоты вращения, управляющие выводы ключей мостовых инверторов и три датчика тока.
Согласно полезной модели между соответствующими силовыми выходами каждого мостового инвертора и входами датчиков тока подключены плавкие вставки. К точкам соединения плавких вставок и датчиков тока подключены катоды первого, второго и третьего коротящих тиристоров, аноды которых подключены к плюсовому выводу источника питания и аноды четвертого, пятого и шестого коротящих тиристоров, катоды которых через четвертый датчик тока подключены к минусовому выводу источника питания. Управляющие входы всех коротящих тиристоров и выход четвертого датчика тока подключены к микроконтроллеру.
В предложенном техническом решении для блокирования отказавшего полумоста любого трехфазного мостового инвертора путем выключения из работы любой плавкой вставки, использованы шесть коротящих тиристоров, в прототипе - в m раз больше. Таким образом, упрощена конструкция устройства и улучшены его массогабаритные показатели.
На фиг.1 представлена функциональная схема трехфазного асинхронного электропривода со свойством живучестью.
Трехфазный асинхронный электропривод со свойством живучести содержит m-трехфазных мостовых инверторов: первый трехфазный мостовой инвертор выполнен на силовых ключах 1.1…1.6 по схеме Ларионова и m-трехфазный мостовой инвертор выполнен на ключах 2.1…2.6. Ключи 1.1, 1.3, 1.5 первого трехфазного мостового инвертора и ключи 2.1, 2.3, 2.5 m-трехфазного мостового инвертора подключены к плюсовому выводу источника питания 3. Ключи 1.2, 1.4, 1.6 первого трехфазного мостового инвертора и ключи 2.2, 2.4, 2.6 m-трехфазного мостового инвертора подключены к датчику тока 4. Точка соединения ключей 1.1 и 1.2 первого трехфазного мостового инвертора подключена к плавкой вставке 5.1. Точка соединения ключей 2.1 и 2.2 m-трехфазного мостового инвертора подключена к плавкой вставке 5.4. Плавкие вставки 5.1 и 5.4 объединены между собой и подключены к датчику тока 6. Точка соединения ключей 1.3 и 1.4 первого трехфазного мостового инвертора подключена к плавкой вставке 5.2. Точка соединения ключей 2.3 и 2.4 m-трехфазного мостового инвертора подключена к плавкой вставке 5.5. Плавкие вставки 5.2 и 5.5 объединены между собой и подключены к датчику тока 7. Точка соединения ключей 1.5 и 1.6 первого трехфазного мостового инвертора подключена к плавкой вставке 5.3. Точка соединения ключей 2.5 и 2.6 m-трехфазного мостового инвертора подключена к плавкой вставке 5.6. Плавкие вставки 5.3 и 5.6 объединены между собой и подключены к датчику тока 8. Фазы А, В, С асинхронного двигателя 9 (АД) подключены к датчикам тока 6, 7, 8 соответственно. На валу асинхронного двигателя 9 (АД) установлен датчик скорости 10 (ДС). Датчик тока 4 соединен с минусовым выводом 11 источника питания. К точкам соединения плавких вставок 5.1…5.6 и датчиков тока 6, 7, 8 подключены соответственно катоды коротящих тиристоров 12, 13 и 14, аноды которых подключены к плюсовому выводу источника питания 3. Аноды коротящих тиристоров 15, 16 и 17 подключены к точкам соединения плавких вставок 5.1…5.6. Катоды коротящих тиристоров 15, 16, 17 подключены к датчику тока 4. Управляющие входы коротящих тиристоров 12, 13, 14, 15, 16, 17, датчик скорости 10 (ДС), задатчик частоты вращения 18 (ЗЧВ), управляющие входы ключей 1.1…1.6, 2.1…2.6 и выходы датчиков тока 4, 6, 7, 8 подключены к микроконтроллеру 19 (МК).
В качестве асинхронного электродвигателя 9 (АД) можно использовать любой трехфазный асинхронный двигатель, например, АДМ63 В4УЗ. В качестве датчиков тока 4, 6, 7, 8 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 ДТА-4. В качестве микроконтроллера 19 (МК) может быть использован микроконтроллер типа АТ 89С2051. Задатчик частоты вращения 18 (ЗЧВ) может быть выполнен в виде блока, вырабатывающего аналоговый или цифровой сигнал задания.
Входной величиной электропривода является сигнал с задатчика частоты вращения 18 (ЗЧВ), который поступает в микроконтроллер 19 (МК). В микроконтроллере 19 (МК) вырабатываются задания на токи для каждой фазы двигателя, поступающие на управляющие входы ключей 1.1…1.6, 2.1…2.6. Трехфазные мостовые инверторы работают последовательно по схеме горячего резерва, холодного резерва или смешенного холодного и горячего резерва, то есть инверторы работают поочередно через определенные интервалы времени для равномерного распределения ресурса работы во времени. В случае холодного резервирования работает один из m-инверторов, например, первый, выполненный на ключах 1.1…1.6. В случае использования второго или m-го инвертора, выявление отказа и работа по его блокированию, аналогична. В процессе работы электропривода на каждом интервале широтно-импульсной модуляции происходит выявление возможного отказа ключей инвертора 1.1…1.6 на основе анализа фазных токов датчиков тока 6, 7, 8 и тока потребляемого в звене постоянного тока от источника питания, датчика тока 4. Выявляется отказавший ключ верхнего или нижнего плеча полумоста с выделением типа отказа: «невключение» или «невыключение» ключа.
В случае выявления отказа «невключение» одного из ключей, например, ключ 1.1, в одной из фаз трехфазного мостового инвертора, происходит отключение отказавшего полумоста, состоящего, например, из ключей 1.1 и 1.2, блокируется отказавший полумост и подключается соответствующий полумост из структурного резерва, образованный, например, ключами 2.1 и 2.2. В случае выявления отказа типа «невыключение» одного из ключей, например, ключа 1.1, на все ключи m-трехфазных мостовых инверторов прекращается подача управления, ток во всех фазах спадает до нуля. Активизируется соответствующий защитный элемент, состоящий из плавкой вставки 5.1 и коротящего тиристора 12 и подается управление на соответствующий коротящий тиристор 12 для срабатывания плавкой вставки. Для отказа ключа верхнего плеча полумоста формируется цепь: плюсовой вывод 3 источника питания - отказавший ключ инвертора - плавкая вставка - коротящий тиристор - минусовой вывод 11 источника питания. Для отказа ключа нижнего плеча полумоста формируется цепь: плюсовой вывод 3 источника питания - коротящий тиристор - плавкая вставка - отказавший ключ инвертора - минусовой вывод 11 источника питания. Далее подключается резервный полумост из структурного резерва, образованный, например, ключами 2.1 и 2.2, и работа m-трехфазных мостовых инверторов возобновляется.