АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД СО СВОЙСТВОМ ЖИВУЧЕСТИ

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к схемам защиты электрических двигателей и может быть использована для защиты асинхронных электроприводов от неисправностей типа «невыключение» или «невключение» силового ключа преобразователя частоты.
Известен асинхронный электропривод со свойством живучести (RU 67354 U1, МПК H02P 5/00 (2006.01), опубл. 10.10.2007), выбранный в качестве прототипа, содержащий трехфазный асинхронный двигатель, каждая фаза которого через датчики тока подключена к соответствующей преобразовательной ячейке трехфазного преобразователя частоты, задатчик частоты вращения, 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.
Это устройство может быть использовано только для асинхронного двигателя с развязанными фазами, обеспечивая частичное восстановление его работоспособности в аварийном двухфазном режиме работы.
Задачей полезной модели является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения.
Поставленная задача решена за счет того, что асинхронный электропривод со свойством живучести также, как в прототипе, содержит трехфазный асинхронный двигатель, каждая фаза которого через соответствующий датчик тока подключена к соответствующей преобразовательной ячейке, на валу асинхронного двигателя установлен датчик скорости, который подключен к микроконтроллеру, соединенному с задатчиком частоты вращения, с тремя датчиками тока и преобразовательными ячейками.
Согласно полезной модели первая, вторая и третья преобразовательные ячейки соответственно подключены к первому, второму и третьему защитным элементам, которые соединены с плюсовым выводом источника питания и с четвертым датчиком тока. Первая, вторая и третья преобразовательные ячейки соответственно подключены к четвертому, пятому и шестому защитным элементам, которые подключены к плюсовому выводу источника питания и к четвертому датчику тока, который соединен с минусовым выводом источника питания. Первый, второй и третий датчики тока подключены к соответствующему управляемому ключу с двухсторонней проводимостью, каждый из которых соединен с четвертой преобразовательной ячейкой, которая подключена к плюсовому выводу источника питания и к четвертому датчику тока. Все защитные элементы, управляемые ключи с двухсторонней проводимостью и выход четвертого датчика тока связаны с микроконтроллером.
Первый, второй и третий защитные элементы одинаковы, и каждый содержит плавкую вставку, подключенную одним концом к плюсовому выводу источника питания, а другим концом связанную с соответствующей преобразовательной ячейкой и с анодом тиристора, катод которого подключен к четвертому датчику тока, при этом управляющий электрод тиристора подключен к микроконтроллеру.
Четвертый, пятый и шестой защитные элементы одинаковы, и каждый содержит плавкую вставку, подключенную одним концом к четвертому датчику тока, а другим концом связанную с соответствующей преобразовательной ячейкой и с катодом тиристора, анод которого подключен к плюсовому выводу источника питания, при этом управляющий электрод тиристора подключен к микроконтроллеру.
Заявляемое техническое решение по сравнению с прототипом обеспечивает полную работоспособность трехфазного асинхронного электропривода с развязанными или связанными фазами при аварийном отключении одной из его фаз в случае неисправности типа «невыключение» или «невключение» силового ключа преобразователя частоты.
На фиг.1 представлена функциональная схема асинхронного электропривода со свойством живучести.
На фиг.2 представлен вариант исполнения схемы защитных элементов.
Асинхронный электропривод со свойством живучести содержит асинхронный двигатель 1 (АД), каждая фаза которого через соответствующий датчик тока 2, 3, 4 подключена к соответствующей преобразовательной ячейке 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2) и 7 (ПЯ3), которая подключена к соответствующему защитному элементу 8 (ЗЭ1), 9 (ЗЭ2), 10 (ЗЭ3), который соединен с плюсовым выводом 11 источника питания. Преобразовательные ячейки 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2) и 7 (ПЯ3) подключены к соответствующим защитным элементам 12 (ЗЭ4), 13 (ЗЭ5), 14 (ЗЭ6), которые подключены к датчику тока 15, который соединен с минусовым выводом источника питания 16. Защитные элементы 8 (ЗЭ1), 9 (ЗЭ2), 10 (ЗЭ3) подключены к датчику тока 15. Защитные элементы 12 (ЗЭ4), 13 (ЗЭ5), 14 (ЗЭ6) подключены к плюсовому выводу 11 источника питания. Датчики тока 2, 3, 4 подключены к соответствующему управляемому ключу с двухсторонней проводимостью 17, 18, 19, которые соединены с преобразовательной ячейкой 20 (ПЯ4), которая подключена к плюсовому выводу источника питания 11 и к датчику тока 15. Преобразовательные ячейки 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3), 20 (ПЯ4) и защитные элементы 8 (ЗЭ1), 9(ЗЭ2), 10 (ЗЭ3), 12 (ЗЭ4), 13 (ЗЭ5), 14(ЗЭ6), управляемые ключи с двухсторонней проводимостью 17, 18, 19 и выходы датчиков тока 2, 3, 4, 15 связаны с микроконтроллером 21 (МК). На валу асинхронного двигателя 1 (АД) установлен датчик скорости 22 (ДС), выход которого подключен к микроконтроллеру 21 (МК). Задатчик частоты вращения вала двигателя 23 (ЗЧВ) подключен к микроконтроллеру 21 (МК).
Защитные элементы 8 (ЗЭ1), 9 (ЗЭ2), 10 (ЗЭ3) одинаковы и каждый содержит плавкую вставку 24 (фиг.2), подключенную одним концом к плюсовому выводу источника питания 11, а другим концом к своей преобразовательной ячейке, например, 5 (ПЯ1) и к аноду тиристора 25, катод которого подключен к датчику тока 15. Управляющий электрод тиристора 25 подключен к микроконтроллеру 21 (МК).
Защитные элементы 12 (ЗЭ4), 13 (ЗЭ5), 14 (ЗЭ6) одинаковы и каждый содержит плавкую вставку 26 (фиг.2), подключенную одним концом к датчику тока 15, а другим концом - к своей преобразовательной ячейке, например, 5 (ПЯ1) и к катоду тиристора 27, анод которого подключен к плюсовому выводу источника питания 11. Управляющий электрод тиристора 27 подключен к микроконтроллеру 21 (МК).
В качестве асинхронного электродвигателя 1 (АД) можно выбрать любой трехфазный асинхронный двигатель, например, АДМ63В4У3. В качестве датчиков тока 2, 3, 4, 15 могут быть использованы стандартные датчики с гальванической развязкой, например, модули ЛЕМ типа LA 25-NP. Датчик скорости 22 (ДС) может быть любого типа с аналоговым или цифровым выходом, например ДТА-4. В качестве микроконтроллера 21 (МК) может быть выбран одноплатный микроконтроллер типа АТ89С2051 с тактовой частотой 4 МГц. Задатчик частоты вращения 23 (ЗЧВ) может быть выполнен в виде блока, вырабатывающего аналоговый или цифровой сигнал задания. В качестве полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью 17, 18, 19 могут быть использованы симисторы. В качестве преобразовательных ячеек 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3), 20 (ПЯ4) может быть использован инвертор, выполненный по полумостовой схеме.
Входной величиной электропривода является сигнал с задатчика частоты вращения 23 (ЗЧВ), который поступает в микроконтроллер 21 (МК).
Фазные токи асинхронного двигателя 1 (АД), определяемые с помощью датчиков тока 2, 3, 4, 15 и частота вращения вала двигателя, определяемая с помощью датчика скорости 22 (ДС), поступают в микроконтроллер 21 (МК), в котором вырабатывают задания на токи для каждой фазы двигателя, поступающие в преобразовательные ячейки 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3).
Микроконтроллер 21 (МК) анализирует состояние преобразовательных ячеек 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3) на каждом интервале широтно-импульсной модуляции и вырабатывает три бита отказа a, b, c, составляющих слово состояния электропривода, поступающее в микроконтроллер 21 (МК). В случае обнаружения отказа в одной из ячеек преобразователя частоты в микроконтроллере 21 (МК) вырабатывается сигнал на срабатывание соответствующих защитных элементов 8 (ЗЭ1), 9 (ЗЭ2), 10 (ЗЭ3), 12 (ЗЭ4), 13 (ЗЭ5), 14 (ЗЭ6) и резервной преобразовательной ячейки 20 (ПЯ4).
Принцип работы защитных элементов 8 (ЗЭ1), 9(ЗЭ2), 10 (ЗЭ3), 12 (ЗЭ4), 13 (ЗЭ5), 14 (ЗЭ6) рассмотрим на примере неисправности типа «невключение» силового ключа в преобразовательной ячейке 5 (ПЯ1). В случае наступления аварийной ситуации микроконтроллер 21 (МК) на основе анализа отказов вырабатывает бит отказа соответствующей фазы. По биту отказа a (b, c) происходит отключение отказавшей преобразовательной ячейки 5 (ПЯ1) и включение тиристоров 25 и 27 соответствующих защитных элементов 18 (ЗЭ1) и 12 (ЗЭ4). Плавкие вставки 24 и 26 перегорают и поступление напряжения на отказавшую преобразовательную ячейку 5 (ПЯ1) прекращается. Одновременно с этим микроконтроллер 21 (МК) на основе бита отказа d, служащего индикатором отказа в одной из преобразовательных ячеек 5 (ПЯ1), 6 (ПЯ2), 7 (ПЯ3), формирует сигнал на включение полностью управляемого ключа с двухсторонней проводимостью 17, в результате чего к фазе обмотки статора асинхронного двигателя 1 (АД) подключается преобразовательная ячейка 20 (ПЯ4), на которую начинают подаваться импульсы управления аналогичные импульсам управления, подаваемым на отказавшую преобразовательную ячейку 5 (ПЯ1).