Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя

 

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения и аварийного режима. Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя, выполненного на базе электромеханического преобразователя с преобразователем частоты с L ключами и датчиком положения ротора с N выходами, содержит блок 4 задания режима работы, связанный с управляющими входами L ключей преобразователя частоты 2 через блок 6 формирования сигналов управления, L<SP POS="POST">2</SP> коммутаторов 7 и L функциональных преобразователей 8, каждый из которых выполнен с N информационными входами, связанными с датчиками положения ротора, L задающими входами, соединенными с коммутаторами, и с выходной характеристикой Y<SB POS="POST">J</SB>=ΣF<SB POS="POST">IK</SB>(A<SB POS="POST">0</SB>,A<SB POS="POST">1</SB>,...,A<SB POS="POST">N-1</SB>)X<SB POS="POST">IJ</SB>, где A<SB POS="POST">0</SB>,A<SB POS="POST">1</SB>,...,а<SB POS="POST">N-1</SB> - логическое состояние сигнала соответственно на 1,2,...,N-м информационном входе

X<SB POS="POST">IJ</SB> - логическое состояние сигнала на I - м задающем входе J - го функционального преобразователя

J*98э{ 1,2,..., L&#0021;

K - индекс, определяемый L возможными для данного типа вентильного электродвигателя двоичными комбинациями сигналов A<SB POS="POST">0</SB>, A<SB POS="POST">1</SB>,...,A<SB POS="POST">N-1</SB>

F<SB POS="POST">IK</SB>(A<SB POS="POST">0</SB>,A<SB POS="POST">1</SB>,...,A<SB POS="POST">N-1</SB>) - логическое произведение сигналов A<SB POS="POST">0</SB>,A<SB POS="POST">1</SB>,...,A<SB POS="POST">N-1</SB>, соответствующих разрядам двоичного числа, определяемого индексом R. Стенд позволяет воспроиз

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК у - » ь

Л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) <243609/24-07 (22) 08.05.87 (46) 15.01.90. Бюл. Г 2 (71) Московский энергетический институт (72) В.К.Лоэенко, В.И,Тимофеев и О.Н.Хоцянова (53) 621„313.382(088.8) (56) Авдолоткин Н.П., Гращенков В.Г. и др. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока.- Л.: Энергоатомиздат, 1984, с ° 79-81.

Стребков В.И..Коммутатор для управляемого бесколлекторного двигателя постоянного тока.- "Электронная техника в автоматике /Под ред. Ю.И.Конева.- М,: Сов. радио, 1976, вып. 8, с. 146-152.

Авторское свидетельство СССР

Н 1277340, кл. Í 02 P 6/02, 1986.

„„80„„15365 (51)5 H 02 P 6/00 (; 0 В 2 02

2 (54) ПОЛУНАТУРНЬ и СТЕНД ДЛЯ ИСПИТАНИЙ

ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения и аварийного режима. Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя, выполненного на базе электромеханического преобразователя с преобразова. телем частоты с 1 ключами и датчиком положения ротора с п выходами, содержит блок 4 задания режима работы, связанный с упра вляющими входами 1 ключей преобразователя частоты 2 через блок 6:формирования сигналов управления, 1 коммутаторов 7 и 1 Функциональных преобразователей 8„ каждый иэ которых выполнен с и информа.ционными входами, связанными с дат1

1536500

10 чиками положения ротора, 1 задающими входами, соединенными с коммутаторами, и с выходной характеристикой у

3

k ; (ао)

1-1 1) где а,, а,, ..., а „, — логические состояния сигнала соответственно на

1-м, 2-м, ° .., n-м информационных

Входах х,. — логическое состояние

)

Сигнала íà i-м задающем входе j-ro функционального преобразователя, j а (1,2, ..., 12 ; k — индекс, спдеИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для испыта ний вентил ьного электрод вига теля и его узлов без конструктивных изменений в различных режимах работы.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем воспроизведения и аварийных режимов работы. .На фиг.1 представлена блок-схема по" лунатурного стенда для испытания вен- З0 тильного электродвигателя; на фиг.2схема подключения преобразователя кода; на фиг.3 - функциональная схема полунатурного стенда для испытаний вентильного электродвигателя, выполненного с трехфазной обмоткой якоря, двухполупериодным преобразователем частоты с 1 = 6 и датчиком положения ротора с n = 3; на фиг.4 - структурная схема полунатурного стенда для 210 испытаний вентильного электродвигателя, выполненного с шестифазной обмоткой якоря, однополупериодным преобразователем частоты с 1 = 6 и датчиком положения ротора с n = 6; на

Фиг.5 - таблица программирования для

I÷oñòîÿHHoãо запоминающего устройства полунатурного стенда фиг.4; на фиг.6принципиальная схема первого варианта выполнения функционального преоб- 0 разователя для полунатурного стенда по фиг.4; на фиг.7 - Функциональная схема второго варианта выполнения функционального преобразователя для полунатурного стенда по фиг.4, на фиг.8 - диаграммы напряжений в узлах функциональной схемы по фиг.3 при режиме обрыва в цепи ключа; на фиге9 таблица состояния сигналов х, на за ) деляемый 1 возможными для данного типа вентильного электродвигателя двоичными комбинациями сигналов а,, а ) ° ° ° ) а)1) ) 1 к (а1) ) g ) ° ° ° з)11 ) логическое произведение сигналов а,, а, ..., а „,, соответствующих разрядам двоичного числа, определяемого индексом k. Стенд позволяет воспроизводить аварийные режимы, обусловленные отказами элементов дискретной части вентильного электродвигателя без демонтажа его дорогостоящих узлов. 1 з.п. Ф-лы, 11 ил. дающих входах функциональных преобразователей в режиме обрыва в цепи ключа; на Фиг.10 — диаграммы напряжений в узлах схем по Фиг.4 и 6 (или 7) в режиме обрыва в выходной цепи датчика положения ротора, на фиг.11 - таблица состояния сигналов х " на задаю-.

М

)1 щих входах Функциональных преобразователей по Фиг,6 и 7 в режиме обрыва в выходной цепи датчика положения ротора.

Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя, состоящего из электромеханического преобразователя 1, преобразователя 2 частоты с 1 ключами и датчика 3 положения ротора с п выходами, содержит блок 4 задания режима работы, выход которого подключен к управляющему входу 5 бло-. ка 6 формирования сигналов управления, информационные входы которого подсоединены к выходам датчика 3 положения ротора, а выходы связаны с управляющими входами ключей преобразователя

2 частоты> 1 коммутаторов 7 и 1 функциональных преобразователей 8, каждый из которых выполнен с и информационными входами, связанными с датчиком 3 положения ротора, 1 задающими входами, .соединенными с коммутаторами, каждый функциональный преобразователь 8 выполнен с выходной характеристикой

k у =, К; (а, à,, ...., а„,, )х, =1 где а, а„, ..., а,„, - логические состояния сигнала соответственно на

1 -м, 2-м) ° с е ° и-м информа ционных входах, 6500

6 ненного с трехфазной обмоткой якоря, д вухполуп ериод ным преобразователем 2 частоты с 1 = 6 и датчиком 3 положения ротора с n = 3, представлен на фиг.3, В данном случае обмотка якоря состоит иэ трех фаз 10-12, собранных в звезду и подключенных к выходу преобразователя 2 частоты. Преобразователь

2 частоть< выполнен с шестью (1 = 6), ключами 13-18, каждый из которых шунтирован встречным диодом (19-24), Датчик 3 положения ротора выполнен с тремя (и =- 3) выходами 25-27, Сигналы с блока 6 формирования сигналов управления поступают на управляющие входы ключей 13-18 преобразователя 2 частоты через развязывающие диоды.

20 Каждый из тридцати шести (1 = 36) коммутаторов 7 выполнен по последовательной схеме и содержит резистор

28 и контактор 29.

Каждый из шести функциональных преобразователей 8 выполнен на мультиплексоре (30-35) и имеет три информационных входа АО, Аl, А2, соединенных с выходами 25-27 датчика положения ротора соответственно> шесть задающих входов Xl Хб, соединенных с коммутаторами 7 соответственно, и следующую выходную характеристику:

aa,a<,ЯгХг, + ao,a< агХ, + г, э.

5 аОа

5г О 3 у; =азах; +

4 где а,, а<, а — логические состояния сигнала соответственно на АО, Al А2 информационных вхо- 40 дах; логические состояния сигнала соответственно на Xl, ..., Хб задающих входах j-ro функционального преобразователя;

k < j 1, 2. ..,, 6 .

Выходы 36-41 функциональных преобразователей 8 являются выходами уст- 5р ройства и подключены к управляющим входам ключей 13-18 преобразователя 2 частоты.

На фиг,4 показана блок-схема полунатурного стенда для испытаний вентильного электродвигателя, выполненным с шестисекционной обмоткой якоря и однополупериодным преобразователем 2 частоты.

О а

x, „...„x

<) ) 5

153

x" — логическое состояние сигнала

«, t) на i-м задающем входе j-го функционального преобразователя, ) б (1, 2< ° ° ь

k — индекс, определяемый 1 возможными для данного типа вентильного электродвигателя двоичными комбинациями сигналов а, а,, а,,;

f;k (ао, а,... а„, ) — логическое произведение сигналов a, a а „,, соответствующих разрядам двоичного числа, определяемого индексом k, причем выходы функциональных преобразователей, являющиеся выходами устройства, подключены к управляющим входам ключей преобразователя частоты.

Кроме того, в случае выполнения датчика 3 положения ротора вентильного электродвигателя с числом выходов и, равным числу ключей преобразова- теля 2 частоты, устройство дополнительно может содержать (фиг.2) преобразователь 9 кода "1 иэ 6" в двоичный, входы которого подключены к дат чику 3 положения ротора, а выходы к соответствующим информационным входам 1 функциональных преобразователей 8.

Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя, выполВ данном случае обмотка якоря состоит из шести секций 42-47, собранных в звезду и подключенных к выходу преобразователя 2 частоты, Преобразователь 2 частоты содержит шесть ключей

48-53 (1 = 6), шесть диодов 54-59 и стабили трон 60. Да тчи к 3 положения ротора выполнен с шестью (n = 1 = 6) выходами 61-66„

Преобразователь 9 кода "1 иэ 6" в двоичный имеет — ðè выхода 67-69 и выполнен в виде постоянного запоминающего устройства 70, -,àáëèöà программирования которого приведена на фиг.5.

По адресам, не указанным в таблице фиг.5, может быть записана любая информацияя, На фиг,б и 7 показаны схемы возможных вариантов выполнения j-го функционального преобразователя 8 для полунатурного стенда по фиг.4. Функциональный преобразователь 8 по фиг.б выполнен на базе мультиплексора 7), 1536500 где ао, а,, а — логические состояния 25 сигнала соответственно на l-м, 2-м, 3-м информационных входах, х ..., х — логические соедине° ° ° ф ния сигнала соответ- З0 ственно на l-м, 6-м задающих входах

j-го функционального преобразователя, j E I1, 21 1..., 61;

kE (01 1< ° ° е15 е

При помощи коммутаторов 7 на задающие входы функциональных преобразователей 8 подаются постоянные сигналы, уровень которых соответствует требуе- 10 мым значениям сигналов управления ключами преобразователя 2 частоты на межкоммутационных интервалах периода

2«/р. Здесь следует отметить, что при исследовании аварийных режимов под 45 межкоммутационным интервалом понимается угол (эл.град.), на который при работе в двигательном режиме поворачивается ротор электромеханического преобразователя 1 между двумя соседними переключениями ключей. Такое понятие существенно упрощает анализ аварийных режимов, при этом в указанных режимах смена межкоммутационных интервалов не всегда ведет к переключению секций. Коммутаторы 7 могут быть выполнены по любой известной схеме. При этом задание нужного алгоритма управления ключами можно также

35 его входы АО, Al, А2 являются соответственно l-м, 2-м и 3-м информационными входами функционального преобразователя 8, 1-м-6-м задающим входами которого служат соответственно входы ХО-Х5 мультиплексора 71. Функциональный преобразователь 8 по фиг.7 содержит три инвертора 72-74, входы которых служат соответственно l-м, 2-м,и 3-м информационными входами функционального преобразователя 8, шесть четырехвходовых логических элемента 4И-НЕ 75-80, выходы которых подключены к входам логического элемента 6И-НЕ 81, выход которого является выходом функционального преобразователя. Вход инвертора 72 подключен к объединенным первым входам логических элементов 4И-НЕ 75, 77 и 79, < < у; = а,àa,à х„+ а,а,а х, о а его вход - к объединенным первым входам логических элементов 4И-HE 76, 78 и 80. Выход инвертора 73 подключен к объединенным вторым входам логических элементов 4И-НЕ 75 76, 79 и 80, а его вход - к объединенным вторым входам элементов 4И-НЕ 77 и 78. Вход инвертора 74 подключен к объединенным третьим входам элементов 4И-НЕ 79 и

80, а его выход — к объединенным третьим входам элементов 4И-HE 75-78.

Четвертые входы элементов 4И-НЕ 75-80 являются соответственно 1-м - 6-м задающими входами функционального преобразователя. В обоих вариантах (фиг.6 и 7) Функциональные преобразователи имеют следующую выходную характеристику:

+ а.а<а2хМ

2, 5 °

Я, Я,Я Х

J осуществлять с помощью шнуровой коммутациии на наборном поле (аналогично набору схем в аналоговых вычислительных машинах);

Функциональные преобразователи 8 на основании анализа совокупности сигналов, поступающих с датчика 3 положения ротора„формируют заданный исследователем алгоритм управления ключами преобразователя 2 частоты на периоде повторяемости электрома гнитных процессов 27/р, Для этого на их задающие входы с коммутаторов подаются постоянные сигналы х;, уровень

k которых соответствует требуемым значениям сигналов управления ключами преобразователя 2 частоты. На информационные входы всех функциональных преобразователей 8 заводится информация с датчика 3 положения ротора об угловом положении ротора электромеханического преобразователя 1 в двоичном коде (сигналы а, а,, а „<). При этом каждый из функциональных преобразователей 8 функционирует точно так же, как одноразрядное постоянное запоминающее устройство, С выходом каждого функционального преобразователя íà j-м межкоммутационном интервале периода 2и/р соединяется тот вход х;, индекс которого равен

I< двоичному чйслу, определяемому переменными ао, а,, ..., а „, . !.!апример, если в вентиль IoM электродвигателе по фиг.3 сигналы ао и а, имеют нулевой логический уровень, а сигнал а —

1536500

30 положительный логический уровень, с выходом каждого j-ro функционального

4 преобразователя соединен вход х, ( а 2 + а 2 + а 2 =0" +О ° 2+

+ 1 2 = 4) . Функциональные преобразователи могут быть выполнены, например, на базе логических элементов, реализующих н!", на базе мультиплексоров или перепрограммируемых постоянных запоминающих устройств.

На выходе преобразователя 9 кода

"1 из n" в двоичный (шифратора) формируется двоичное число, соответствующее наивысшему из входов, на которые подана единица. Он может быть выполнен в любом удобном виде, в том числе и на стандартных интегральных микросхемах.

Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя, например, при исследовании характеристик вентильного электродвигателя при отказах типа Обрыв s цепи ключа" работает следующим образом. 25

Алгоритм работы ключей 13-18 при режиме, эквивалентном по влиянию на процессы в электромеханическом преобразователе 1 отказам типа "Обрыв в цепи ключа 14", приведен на фиг,8, На основании указанного алгоритма выбирается логический уровень сигналов х; (фиг.9). После этого постоянk

1) k ные сигналы х с помощью коммутато1) ров 7 подаются на задающие входы Хl, Х2, ..., Хб мультиплексоров 30-35.

Например, на входы Х3 мультиплексоров 30-34 подаются постоянные сигналы х х < ° ° x < нулевого логичес кого уровня, а на аналогичный вход мультиплексора 35 — сигнал х поло)0 .жительного логического уровня, Кроме того, на выход 5 блока задания режима работы подается постоянный сигнал положительного логического уровня, запрещающий прохождение каких-либо сиг45 ,налов с блока 6 формирования сигналов управления на управляющие входы ключей !3-18 преобразователя 2 частоты.

При подключении питания в процессе работы вентильного электродвигателя в аварийном режиме информация считы" вается параллельно с соответствующих задающих входов всех мультиплексоров с учетом направления вращения в следующей последовательности: X5-Xl-Õ3- 55

Х2-Хб-Х4-X5 — для одного направления вращения, и Х2-Х3-Xl Х4-Х3-Х5-Х2 для другого.

Аналогично могут быть воспроизведены процессы в электромеханическом преобразователе 1 и при других аварийных режимах, возникающих при отказах элементов преобразователя 2 частоты, датчика 3 положения ротора и блока управления, а также при некоторых других алгоритмах управления.

8 частности, при алгоритме упра вления, позволяющем при отказах типа "ОбpblB в цепи ключа преобразователя частоты" сохранить двигательный режим в течение ьсега периода 27/р.

Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя с шестифазной обмоткой якоря и однополупериодным преобразователем 2 частоты (Фиг.4 и б) при воспроизведении аварийного режима, возникающего при обрыве в выходной цепи 62 датчика 3 положения ротора, работает следующим образом, При обрыве в выходной цепи 62 датчика 3 положения ротора сигнал управления на ключ 49 не поступает, при

1 этом остальные ключи 48, 50-53 работают по алгоритму нормального режима.

Таблица состояния сигналов х

1) для такого режима приведена на фиг..l l.

Задание необходимого уровня- сигна1 лов х„осушествляется при помощи коммутаторов 7. Сигналы об угловом положении ротора на информационные входы функциональных преобразователей 8 поступают в двоичном коде с преобразователя 9 кода. Диаграммы напряжений в узлах функциональных схем фиг.4, 6 (или 7) поясняют его работу. Принцип работы устройства аналогичен описанным, Следовательно, общий путь воспроизведения аварийных режимов вентильнаго электродвигателя, возникающих при отказах элементов преобразователя 2 частоты, датчика 3 положения ротора и его системы управления, при помощи предлагаемого полунатурного стенда следующий.

Необходимо зафиксировать вид отказа элемента и его проявление. Затем построить диаграмму работы ключей преобразователя 2 частоты при данном виде отказов или выявить алгоритм управления ключами, эквивалентный по своему влиянию на процессы в электромеханическом преобразователе 1 соответствующему отказу элемента. Далее по диаграмме следует вы1536500

12 явить эквивалентные значения сигналов х" на задающих входах функциональk ) ных преобразователей 8. После этого установить при помощи коммутаторов 7 требуемые значения сигналов х и

t) производить исследования.

Таким образом, полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя позволяет воспроизводить процессы в электромеханическом преобраЗователе вентильного электродвигателя при отказах элементов его преобразователя частоты> датчика положения ротора и системы управления, а также другие интересующие режимы с периодом повторяемости электромагнитных процессов 2 /р, в результате расширяются функциональные возможности за счет воспроизведения также аварийных режимов работы.

Формула изобретения

1. Полунатурный стенд для испытаний вентильного электродвигателя, выполненного на базе электромеханичес,кого преобразователя с преобразователем частоты с 1 ключами и датчиком положения ротора с и выходами, содержащий блок задания режима работы, Выход которог о иод ключ ен к упра вляю- i

hleMy входу блока формирования сигналов управления ключами преобразователя частоты с информационными входами для подключения к выходам датчика .положения ротора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем воспроизведения и аварийных режимов работы вентильного электродвигателя без конструктивных изменений его узлов, он дополнительно снабжен 1 коммутаторами и 1 функциональными преобразователями, каждый из которых снабжен и информационными входами для подключения датчика положения ротора, 1 задающими входами, соединенными с коммутаторами, и выполнен с выходной характеристикой

k

5 . k ао а ° а»- х; ° ! J

10 где аа> а,. а „, — логические состояния сигнала соответст венно на 1-м, 2-м..., и-м информационных входах, х,. — логическое состояние сигнала на i-м за t5 дающем входе j-ro функционального преобразователя;

j E (1, 2, ..., 1 ;

k — индекс, определяемый

1 возможными для данного типа вентильного электродвигателя двоичными комбинациями сигналов а, 25 а,, ...,а„,;

Й, >,(а„а,, ..., а,, ) — логическое произведение сигналов ао, а ° а»-> со

Ответствующих разря30 дам дВОичнОГО числа, определяемого индексом k; выходы функциональных преобразователей образуют выходы устройства для подключения к управляющим входам ключей преобразователя частоты.

2, Стенд по .п.1, о т л и ч а юшийся тем, что в случае выполнения датчика положения ротора вен40 тильного электродвигателя с числом выходов и равным числу ключей в преобразователе частоты, дополнительно введен преобразователь кода "1: из п" в двоичный, с входами для подключения

45 к выходам датчика положения ротора, а выходы преобразователя кода подключены к соответствующим информационным входам 1 функциональных преобразова- . телей, 153б500

На упрпбяяющие

8яоды ююигй лреобразобап еля чпслююы на инсрориаццокныс

ЬхОдБ! g7+HA+ll"" анальньи преобразодатг Ю

На ma ц аь @gp лют

8xaAi уункциоииьньа eavved и -О agmdp2прео5разо5аптлец" За5атею vuummsi

Фиг. Ф

Кюжчулапюрап

На упраВпякщцо

ВАоЮ ключа

/дыхам преодаиаВап еля Укода

Фиг. 7

15365о

Шаг. Е

81

62

Я

Яф

65 бб

Бб

6Д

48

4Д

57

52

53

©иг. 10

%uz. 11

Составитель М.Сон

Редактор J1.Ï÷îëèíñêàÿ Техред M.Äèäûê Корректор С.Черни

Заказ 115/89 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

"13035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат-"Патент", r.ужгород, ул. Гагарина,101