RU2540959C2 - Электропривод переменного тока повышенной живучести - Google Patents
Электропривод переменного тока повышенной живучести Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540959C2 RU2540959C2 RU2013125860/07A RU2013125860A RU2540959C2 RU 2540959 C2 RU2540959 C2 RU 2540959C2 RU 2013125860/07 A RU2013125860/07 A RU 2013125860/07A RU 2013125860 A RU2013125860 A RU 2013125860A RU 2540959 C2 RU2540959 C2 RU 2540959C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric
- link
- frequency converter
- converter
- transistor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Предложение относится к области электротехники, в частности к электроприводам переменного тока с двухзвенными электрическими преобразователями частоты, к которым предъявляются высокие требования по обеспечению живучести. К таким электроприводам можно отнести электроприводы ответственных механизмов и автономных электроэнергетических систем, например электроприводы электроэнергетических установок судов, электровозов, электричек, экскаваторов и любых других подвижных объектов с системами электродвижения. Технический результат - реализация аварийного двухфазного алгоритма работы электропривода, в случае отказа в одной из фаз электрической машины переменного тока, с сохранением вращения электродвигателя, а также обеспечение возможности повторного пуска, реверса и работы электропривода с мощностью на валу не более 2/3 от номинальной. Предложенное схемное решение позволяет осуществлять питание электропривода от любых источников электроэнергии как переменного тока с различным числом фаз и различными типами нейтрали, так и постоянного тока, что добавляет универсальности предложенного схемного решения. Поставленные цели достигаются тем, что для реализации двухфазного алгоритма работы электропривода в схему преобразователя частоты введен дополнительный транзисторный полумост, к выходу которого подключен нулевой провод электрической машины. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Предложение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах переменного тока с двухзвенными электрическими преобразователями частоты, к которым предъявляются высокие требования по обеспечению живучести. К таким электроприводам можно отнести электроприводы ответственных механизмов и автономных электроэнергетических систем, например электроприводы электроэнергетических установок судов, электровозов, электричек, экскаваторов и любых других подвижных объектов с системами электродвижения.
Известны устройства защиты электроприводов [патент US 2003/0214770 А1, МПК H02H 3/00, 20.11.2003 и патент DE 10148882 А1, МПК H02h 7/09, H02H 6/00, 20.06.2002], содержащие датчики тока и напряжения, установленные в элементах электропривода, по информации с которых производят определение требуемых переменных состояния электропривода и, в случае выхода контролируемых параметров за допустимые пределы, производится его отключение. Недостаток устройства заключается в отключении электропривода в случае выхода некоторых переменных состояния за допустимые пределы и отсутствии возможности продолжать работу электропривода. Известно устройство обеспечения живучести асинхронного электропривода эскалатора [патент JP 3293289, МПК B66B 25/00, B66B 27/00, B66B 29/00, 24.12.1991], содержащее источник переменного тока, выход которого подключен к входу двухзвенного преобразователя частоты, выход которого через первый контактор, соединен с обмотками электродвигателя и содержащее еще один контактор соединяющий источник переменного тока и асинхронный электродвигатель. Предложенное устройство обеспечивает работоспособность электропривода в случае выхода из строя электрического преобразователя. Живучесть обеспечивают диагностикой с последующим отключением питания двигателя от преобразователя частоты и переключением его напрямую к источнику переменного тока. Недостаток устройства заключается в невозможности работы электропривода при обрыве фазы двигателя, а также наличие контакторов, которые должны быть рассчитаны на полный ток нагрузки. К недостатку схемы также относится невозможность регулирования частоты вращения электропривода.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство асинхронного электропривода со свойством живучести [патент RU 67354 на ПМ, МПК H02P 5/408, 10.10.2007 и патент RU 2326480, МПК H02H 7/09, H02H 7/12, 10.06.2008]. Устройство содержит двухзвенный преобразователь частоты, выход которого через датчики тока подключен к входу асинхронного электродвигателя, содержащего вывод нулевой точки обмоток, который подключен в среднюю точку емкостного фильтра звена постоянного тока преобразователя частоты и соединенную с нулем источника переменного тока, питающего преобразователь частоты. Информационные выходы датчиков тока подключены к системе управления и в случае возникновения аварийной ситуации типа "обрыв фазы" реализуется алгоритм восстановления работоспособности электропривода с переходом на двухфазный режим работы электропривода и ограничением выходных переменных состояния. Недостатками устройства являются: обязательное наличие трехфазного источника переменного тока с заземленной нейтралью и содержащего нулевой провод, невозможность работы электропривода от источника постоянного тока, наличие сложного емкостного фильтра звена постоянного тока преобразователя частоты, содержащего нулевую точку. К недостаткам предложенного устройства также следует отнести значительное ограничение выходной мощности электропривода при его работе в аварийном двухфазном режиме работы. Следует отметить, что нулевой провод при такой схемотехнической реализации является рабочим в любом режиме работы электропривода.
Предлагаемое устройство позволяет осуществить питание электропривода от трехфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью либо от однофазной сети переменного тока, либо от сети постоянного тока. Электропривод позволяет использовать электрический преобразователь с простой схемотехнической реализацией емкостного фильтра звена постоянного тока, а также значительно повысить максимальную мощность на выходе при работе в двухфазном режиме до значения до 2/3 от номинальной. Такая схемотехническая реализация позволит продолжить работу электропривода в случае аварии типа "обрыв фазы" или в случае выхода из строя полупроводникового модуля инвертора преобразователя частоты.
Устройство, схема которого представлена на Фиг.1, содержит систему управления 1, трехфазную электрическую машину переменного тока 2 с выведенным нулевым проводом 3, три датчика тока 4, 5, 6, двухзвенный электрический преобразователь частоты 7. Вход преобразователя частоты 7 подключен к источнику электроэнергии переменного тока 8, а выход через три датчика тока 4, 5, 6 - к обмоткам трехфазной электрической машины 2 переменного тока, которые соединены звездой. Информационные выходы датчиков тока 4, 5, 6 подключены к входу системы управления 1 электрическим преобразователем, выходы которой подключены к управляющим входам силовых полупроводниковых ключей электрического преобразователя частоты 7. Преобразователь частоты 7 содержит два транзистора 9, 10 с обратными диодами 11, 12. Коллектор первого транзистора 9 подключен к "плюсовой" шине 13 звена постоянного тока электрического преобразователя частоты 7, а его эмиттер соединен с коллектором второго транзистора 10, эмиттер которого подключен к "минусовой" шине 14 звена постоянного тока электрического преобразователя 7. Нулевой провод 3 электродвигателя 2 подключен к эмиттеру первого транзистора 9 и коллектору второго транзистора 10.
Устройство электропривода переменного тока повышенной живучести может быть снабжено преобразователем частоты с реле и тормозным резистором 15 (Фиг.2). Один вывод тормозного резистора 15 подключен к "минусовой" шине 14 звена постоянного тока электрического преобразователя частоты 7, а реле состоит из катушки управления 16 и переключающего контакта 17, который соединяет эмиттер первого 9 и коллектор второго 10 транзисторов со вторым выводом тормозного резистора 15 (нормально-замкнутым контактом), либо эмиттер первого 9 и коллектор второго 10 транзисторов с нулевым проводом 3 электрического двигателя 2 (нормально-разомкнутым контактом), а катушка реле 16 подключена к системе управления 1.
Устройство электропривода переменного тока повышенной живучести и инвертор напряжения 18 преобразователя частоты 7 может получать питание от источника электроэнергии постоянного тока 19 (Фиг.3). При этом плюс источника электроэнергии постоянного тока 19 подключен к "плюсовой" шине 13 звена постоянного тока электрического преобразователя 7, минус источника электроэнергии постоянного тока 19 подключен к "минусовой" шине 14 звена постоянного тока электрического преобразователя 7.
Работа электропривода переменного тока повышенной живучести происходит следующим образом.
Датчики тока 4, 5, 6 являются информационными элементами, по информации с которых можно диагностировать неисправности электропривода типа "обрыв фазы" или выхода из строя полупроводникового модуля на "обрыв" полумоста фазы инвертора 18 преобразователя частоты 7.
В штатном режиме работы действующие значения токов электродвигателя равны между собой, сумма мгновенных значений токов трех фаз равна нулю и фазы токов сдвинуты на угол
друг относительно друга. При этом на статоре электрической машины переменного тока образуется вращающееся круговое магнитное поле, которое, взаимодействуя с магнитным полем ротора, увлекает его за собой и осуществляет электромеханическое преобразование энергии. На этом принципе основана работа электрических машин переменного тока.
В штатном режиме работы инвертора 18 преобразователя частоты 7 на его выходе формируются линейные напряжения, регулируя которые можно изменять переменные состояния электропривода по заданному алгоритму. Функции управления ключами инвертора, например при законе управления двухполярной синусоидальной ШИМ, определяются согласно
где
- знаковая функция; Ua=kмод·sin(ω·r),
- напряжение управления; kмод - коэффициент модуляции; ω - частота напряжения управления;
- опорное пилообразное напряжение; ω1 - частота опорного пилообразного напряжения.
В случае обрыва фазы двигателя или выхода из строя модуля инвертора действующее значение тока в неисправной фазе электродвигателя становится равным нулю, а мгновенные значения токов в оставшихся двух фазах становятся равными по амплитуде и находятся в противофазе. В результате чего образуется не вращающееся, а пульсирующее магнитное поле и значительно падает величина электромагнитного момента электрической машины 2. Для получения вращающегося кругового поля необходимо как минимум две обмотки с независимым их питающим напряжением, которое необходимо сдвинуть на угол, определяемый углом расположения фаз друг относительно друга в пространстве. Таким образом, для получения кругового вращающего поля в аварийном двухфазном режиме работы электропривода необходимо обеспечить возможность независимого формирования питающего напряжения двух оставшихся фаз, что можно осуществить с использованием нулевого провода 3 электродвигателя 2. С учетом того, что обмотки фаз электрической машины переменного тока сдвинуты в пространстве друг относительно друга на угол 120°, необходимо осуществлять их питание напряжением одинаковой амплитуды и частоты, но сдвинутыми друг относительно друга на угол
Таким образом, в случае обнаружения отказа в одной из фаз электродвигателя, датчики тока 4, 5, 6 должны отследить это изменение и система управления 1 должна изменить функции управления ключами инвертора таким образом, чтобы отключить неисправную фазу, а на двух оставшихся формировать потенциалы, равные по величине, но сдвинутые по фазе на угол
, при этом необходимо формировать на нулевом проводе 3 двигателя 2 нулевой потенциал посредством управления полумостом, состоящим из транзисторов 9 и 10 преобразователя частоты 7.
Для примера составим функции управления ключами инвертора для управления преобразователем частоты 7 в аварийном двухфазном режиме в случае обрыва фазы "W" электродвигателя по информации с датчика тока 4. В результате произойдет активизация аварийного двухфазного режима работы преобразователя частоты 7 с формированием функции управления ключами согласно алгоритму
В результате чего на выходе преобразователя частоты 7 формируются потенциалы φ0=0, φu=Uном·kмод·sin(ω·t),
при этом напряжения на рабочих фазах двигателя равны Uu0=φu-φ0, Uv0=φv-φ0.
Таким образом, предложенное алгоритмическое обеспечение и схемотехническая реализация позволят реализовать аварийный двухфазный режим работы электропривода переменного тока повышенной живучести.
На Фиг.2 приведена схемная реализация электропривода переменного тока повышенной живучести, в котором на вновь введенных элементах совмещены функции восстановления работоспособности электропривода в аварийном режиме и возможность осуществления торможения электропривода в штатном режиме его работы. В штатном режиме работы катушка реле 16 находится в обесточенном состоянии, при этом тормозной резистор 15 через нормально замкнутый контакт 17 реле и транзисторный ключ 9 подключен к шинам 13 и 14 звена постоянного тока преобразователя частоты 7. В режиме торможения, когда частота вращения магнитного поля ротора электропривода выше частоты выходного напряжения преобразователя частоты 7, кинетическая энергия, запасенная в роторе машины и исполнительном механизме, преобразуется в электрическую и в виде тока возвращается в звено постоянного тока, заряжая конденсатор. В том случае, когда напряжение на конденсаторе становится выше допустимого значения, происходит его разряд за счет работы транзистора 9 в режиме ШИМ, в результате чего происходит рассеивание этой энергии в тормозном резисторе 15 в виде тепла. Если необходимо осуществить активацию аварийного двухфазного режима работы электропривода переменного тока по информации с датчиков тока 4, 5, 6, то на катушку реле 16 система управления 1 подаст напряжение. В результате, катушка реле 16 сработает и переключит контакт 17, в результате чего эмиттер транзистора 9 и коллектор транзистора 10 будут соединены с нулевым проводом 3 электрической машины 2. После чего будет активизирован двухфазный режим управления инвертором 18 преобразователя частоты 7 по алгоритму, приведенному ранее. Таким образом, схемная реализация, изображенная на Фиг.2, позволяет совместить несколько функциональных назначений, возложенных на вновь введенные транзисторы 9 и 10.
На Фиг.3 приведена возможность питания преобразователя частоты от источника постоянного напряжения 19, подключенного к шинам 13 и 14 звена постоянного тока, при этом расширяются функциональные возможности и универсальность предложенного электропривода переменного тока повышенной живучести.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет, в случае отказа в одной из фаз электрической машины переменного тока, обеспечить аварийный двухфазный режим работы электропривода с сохранением вращения электродвигателя, а также обеспечить возможность повторного пуска реверса и штатной работы электропривода с мощностью на валу не более 2/3 от номинальной. Предложенное схемное решение позволяет осуществлять питание электропривода от любых источников электроэнергии как переменного тока с различным числом фаз и различными типами нейтрали, так и постоянного тока, что добавляет универсальности предложенному решению.
Claims (3)
1. Электропривод переменного тока повышенной живучести, содержащий систему управления, электрическую машину переменного тока с выведенным нулевым проводом, три датчика тока, двухзвенный электрический преобразователь частоты, вход которого подключен к источнику электроэнергии переменного тока, а выход через три датчика тока к обмоткам трехфазной электрической машины переменного тока, которые соединены звездой, информационные выходы датчиков тока подключены к входу системы управления электрическим преобразователем, выходы которой подключены к управляющим входам силовых полупроводниковых ключей электрического преобразователя частоты, отличающийся тем, что электрический преобразователь частоты содержит два транзистора с обратными диодами, причем коллектор первого транзистора подключен к "плюсовой" шине звена постоянного тока электрического преобразователя частоты, а его эмиттер соединен с коллектором второго транзистора, эмиттер которого подключен к "минусовой" шине звена постоянного тока электрического преобразователя, а нулевой провод электродвигателя подключен к эмиттеру первого и коллектору второго транзисторов.
2. Электропривод переменного тока повышенной живучести по п.1, отличающийся тем, что он снабжен реле и тормозным резистором, один вывод которого подключен к "минусовой" шине звена постоянного тока электрического преобразователя частоты, а реле состоит из катушки управления и переключающего контакта, который соединяет эмиттер первого и коллектор второго транзисторов со вторым выводом тормозного резистора (нормально-замкнутым контактом), либо эмиттер первого и коллектор второго транзисторов с нулевым проводом электрического двигателя (нормально-разомкнутым контактом), а катушка реле подключена к системе управления.
3. Электропривод переменного тока повышенной живучести по п.2, отличающийся тем, что инвертор напряжения электрического преобразователя получает питание от источника электроэнергии постоянного тока, плюс источника электроэнергии постоянного тока подключен к "плюсовой" шине звена постоянного тока электрического преобразователя, минус источника электроэнергии постоянного тока подключен к "минусовой" шине звена постоянного тока электрического преобразователя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125860/07A RU2540959C2 (ru) | 2013-06-04 | 2013-06-04 | Электропривод переменного тока повышенной живучести |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013125860/07A RU2540959C2 (ru) | 2013-06-04 | 2013-06-04 | Электропривод переменного тока повышенной живучести |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013125860A RU2013125860A (ru) | 2014-12-10 |
RU2540959C2 true RU2540959C2 (ru) | 2015-02-10 |
Family
ID=53287271
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013125860/07A RU2540959C2 (ru) | 2013-06-04 | 2013-06-04 | Электропривод переменного тока повышенной живучести |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2540959C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU199411U1 (ru) * | 2020-05-22 | 2020-08-31 | Евгений Николаевич Коптяев | Электропривод с резервированием |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030214770A1 (en) * | 1998-05-29 | 2003-11-20 | Semikron Elektronik Gmbh | Method and circuit arrangement with adaptive overload protection for power switching devices |
RU67354U1 (ru) * | 2007-04-16 | 2007-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Асинхронный электропривод со свойством живучести |
RU2326480C1 (ru) * | 2007-04-04 | 2008-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя |
-
2013
- 2013-06-04 RU RU2013125860/07A patent/RU2540959C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030214770A1 (en) * | 1998-05-29 | 2003-11-20 | Semikron Elektronik Gmbh | Method and circuit arrangement with adaptive overload protection for power switching devices |
RU2326480C1 (ru) * | 2007-04-04 | 2008-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ управления и обеспечения живучести трехфазного асинхронного двигателя |
RU67354U1 (ru) * | 2007-04-16 | 2007-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Асинхронный электропривод со свойством живучести |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU199411U1 (ru) * | 2020-05-22 | 2020-08-31 | Евгений Николаевич Коптяев | Электропривод с резервированием |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013125860A (ru) | 2014-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2532415C2 (ru) | Способ и устройство управления многофазной электрической машиной | |
de Lillo et al. | Multiphase power converter drive for fault-tolerant machine development in aerospace applications | |
US6278256B1 (en) | Electric vehicle control system for controlling a permanent magnet motor which drives the electric vehicle | |
JP5849586B2 (ja) | 3レベル電力変換回路システム | |
JP6169203B1 (ja) | 電動機制御装置および電動機制御方法 | |
JP4752772B2 (ja) | 交流電動機の巻線切替装置及びその巻線切替システム | |
US11228267B2 (en) | Electric drive device | |
CN101272125B (zh) | 一种具有容错功能的电机驱动*** | |
JP2016181949A (ja) | 電力変換装置 | |
CN105555489A (zh) | 多轴机械手的动力切断装置以及多轴机械手 | |
JP2012010568A (ja) | 車両用制御システム | |
JP4422030B2 (ja) | マトリクスコンバータの作動方法、並びにこの方法を実施するためのマトリクスコンバータ | |
CN111082415A (zh) | 电梯***中的功率源失效期间对ac负载的功率供应 | |
JP2008086077A (ja) | 鉄道車両駆動制御装置 | |
JP6289597B1 (ja) | 車両用電源装置および車両用電源装置の制御方法 | |
RU2540959C2 (ru) | Электропривод переменного тока повышенной живучести | |
JP2007306720A (ja) | 電動機の駆動装置 | |
US8941351B2 (en) | Emergency adjustment device for blade pitch adjustment systems for wind energy installations | |
CN104215869B (zh) | 逆变器***和检测逆变器***的电力电缆的状态的方法 | |
WO2022168868A1 (ja) | 回転電機制御システム | |
RU199411U1 (ru) | Электропривод с резервированием | |
TWI505625B (zh) | Power conversion system and its control method | |
JP2010246281A (ja) | 回転電機制御装置 | |
RU2488216C1 (ru) | Регулируемый электропривод с повышенными характеристиками надежности | |
Park et al. | Low-cost fault diagnosis algorithm for switch open-damage in BLDC motor drives |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190605 |