Способ и устройство управления многофазной электрической машиной

Авторы патента:

ДЕ ВЕРЖИФОСС Эрик (FR)

H02M7/493 - Преобразование энергии переменного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе; преобразование энергии постоянного тока на входе в энергию переменного тока на выходе

Владельцы патента RU 2532415:

ИСПАНО-СЮИЗА (FR)

Изобретение относится к области электротехники. Многофазной электрической машиной (30) управляют при помощи, по меньшей мере, двух параллельных многофазных инверторов (10₁, 10₂), при этом каждый инвертор содержит ветви (10_1a, 10_1b, 10_1c; 10_2a, 10_2b, 10_2c) в количестве, равном числу фаз электрической машины, и инверторами управляют посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В ответ на детектирование неисправности ветви (10_2а) инвертора эту ветвь отключают, и питание соответствующей фазы осуществляют через другую или каждую другую соответствующую ветвь (10_1a) инвертора. Управление посредством ШИМ-модуляции изменяют, чтобы обеспечить проводящее состояние непрерывно и без переключения силовых прерывателей этой или каждой другой ветви (10_1а) инвертора, когда абсолютная величина сила тока (I_a) рассматриваемой фазы превышает или равна порогу, составляющему от 80% до 120% от $\frac{n - 1}{n} I_{\max}$ , где n является числом инверторов, и I_max является максимальной силой тока фазы. Технический результат - обеспечение возможности сохранить генерирование по существу синусоидального напряжения на каждой фазе машины и избежать перенапряжения силовых прерывателей, чтобы, в случае неисправности, они могли коммутировать токи с более значительной амплитудой, чем при нормальной работе. 3 н. 6 з.п. ф-лы, 9 ил.

Область техники

Изобретение касается управления многофазной электрической машиной при помощи нескольких параллельных инверторов.

В частности, изобретение находит свое применение в случае, когда такое управление должно отличаться высокой степенью надежности, например, в области авиации.

Предшествующий уровень техники

Известное устройство для управления трехфазной электрической машиной показано на фиг.1. Это устройство содержит два трехфазных инвертора 1, который выдают переменные токи I_a, I_b, I_c на фазовые обмотки электрической машины 4, при этом каждый инвертор выдает по существу половину токов фазы. Каждый инвертор содержит прерыватели 5, установленные в виде моста, например силовые транзисторы. Каждый инвертор образован тремя ветвями, каждая из которых содержит два силовых прерывателя 5, установленных последовательно между двумя противоположными контактами +V и -V источника питания постоянного тока и с двух сторон от точки 7, соединенной с соответствующей фазой электрической машины. Между каждым инвертором и электрической машиной установлен трехполюсный отключающий переключатель 8. Схема 9 управляет переключением силовых прерывателей 5 через входные цепи с целью модуляции источника постоянного тока для получения переменных токов I_a, I_b, I_c. Как правило, используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ или PWM).

В случае неисправности ветви инвертора неисправный инвертор отключают посредством размыкания соответствующего отключающего переключателя, и фазные токи полностью получают от другого инвертора. При этом через каждую ветвь этого другого инвертора проходит весь ток фазы, а не его половина. Следовательно, силовые прерыватели должны быть выполнены с возможностью переключения при токе с амплитудой, вдвое превышающей амплитуду токов, которые они обычно проводят (в отсутствие неисправности).

Другой вариант выполнения известного устройства управления многофазной электрической машиной показан на фиг.2. Этот другой вариант выполнения отличается от варианта, представленного на фиг.1, наличием дополнительного инвертора со своим соответствующим отключающим переключателем. При нормальной работе задействованы два инвертора, каждый из которых выдает половину фазных токов, при этом третий инвертор отключен. В случае неисправности ветви инвертора неисправный инвертор отключают посредством размыкания соответствующего отключающего переключателя и дополнительный инвертор подключают посредством замыкания соответствующего отключающего переключателя.

В том или ином из вышеуказанных случаев необходимо значительное увеличение размерности либо в том, что касается коммутирующей способности силовых прерывателей, либо в том, что касается числа инверторов.

Краткое изложение существа изобретения

Задачей изобретения является обеспечение возможности управления многофазной электрической машиной посредством нескольких параллельных инверторов с высокой степенью надежности и без увеличения размерности.

В связи с этим объектом изобретения является способ управления многофазной электрической машиной при помощи, по меньшей мере, двух параллельно соединенных многофазных инверторов, при этом каждый инвертор содержит ветви в количестве, равном числу фаз электрической машины, и каждая ветвь содержит два силовых прерывателя, последовательно подключенных между противоположными контактами источника электрического питания постоянного тока и с двух сторон от точки, соединенной с электрической фазой электрической машины,

при этом способ содержит управление инверторами посредством широтно-импульсной модуляции, управляющее переключением силовых переключателей и детектирование неисправности ветви инвертора,

при этом, согласно способу, в ответ на детектирование неисправности ветви инвертора, неисправную ветвь отключают, и питание фазы электрической машины, соответствующей неисправной ветви, осуществляют через другую или каждую другую соответствующую ветвь инвертора и управление посредством широтно-импульсной модуляции изменяют, в частности, чтобы обеспечить проводящее состояние непрерывно и без переключения силовых прерывателей другой или каждой другой соответствующей ветви инвертора, когда абсолютная величина силы тока рассматриваемой фазы превышает или равна порогу, составляющему от 80% до 120% от $\frac{n - 1}{n} I_{\max}$ , где n является числом инверторов, и I_max является абсолютной величиной максимальной силы тока фазы, сохраняя при этом генерирование по существу синусоидального напряжения на каждой фазе машины.

Таким образом, в ветви или в каждой ветви инвертора, которая берет на себя обеспечение части тока, которая ранее обеспечивалась неисправной ветвью, нет необходимости в переключении силовых прерывателей, когда ток, протекающий через ветвь или каждую ветвь имеет амплитуду, превышающую порог, по существу равный (с точностью до 20%) максимальному значению тока в отсутствие неисправности. Разумеется, для других действующих ветвей инвертора потребуется также изменение ШИМ-модуляции по сравнению с модуляцией, применявшейся до детектирования неисправности, чтобы продолжать получать сбалансированные фазные переменные токи.

Таким образом, способ в соответствии с изобретением отличается тем, что позволяет противостоять неисправности ветви инвертора без увеличения размерности силовых прерывателей, чтобы они могли коммутировать при токах более высокой амплитуды, чем при нормальной работе, и не прибегая к избыточности в отношении числа инверторов.

Предпочтительно, в случае управления трехфазной электрической машиной при помощи двух параллельных инверторов во время каждого периода фазного тока, соответствующего неисправной ветви инвертора, силовые прерыватели другой ветви инвертора обеспечивают проводящее состояние непрерывно и без переключения, причем каждый в течение времени, примерно, 1/3 упомянутого периода.

Согласно варианту выполнения, отключение неисправной ветви инвертора осуществляют посредством размыкания отключающего переключателя ветви, подключенного между ветвью инвертора и соответствующей фазой электрической машины.

Согласно другому варианту выполнения, отключение неисправной ветви инвертора осуществляют посредством блокировки входных цепей силовых прерывателей неисправной ветви.

Объектом изобретения является также устройство управления многофазной электрической машиной, выполненное с возможностью применения описанного выше способа.

Это устройство управления содержит:

- по меньшей мере, два параллельных многофазных инвертора, при этом каждый инвертор содержит ветви в количестве, равном числу выдаваемых фазных токов, и каждая ветвь содержит два силовых прерывателя, последовательно подключенных между противоположными контактами источника электрического питания постоянного тока и с двух сторон от точки, соединенной с выходным контактом тока соответствующей фазы,

- схему управления инверторами посредством широтно-импульсной модуляции, управляющую переключением силовых прерывателей, и

- систему детектирования неисправности ветвей инверторов, соединенную со схемой управления,

при этом в устройстве, в ответ на детектирование неисправности ветви инвертора, схема управления инверторами выполнена с возможностью:

- отключения неисправной ветви таким образом, чтобы ток соответствующей фазы выдавала другая или каждая другая соответствующая ветвь инвертора, и

- изменения широтно-импульсной модуляции, в частности, чтобы обеспечить проводящее состояние непрерывно и без переключения силовых прерывателей другой или каждой другой соответствующей ветви инвертора, когда абсолютная величина силы тока рассматриваемой фазы превышает или равна порогу, составляющему от 80% до 120% от $\frac{n - 1}{n} I_{\max}$ , где n является числом инверторов, и I_max является абсолютной величиной максимальной силы тока фазы, сохраняя при этом генерирование по существу синусоидального напряжения на каждой фазе машины.

Предпочтительно в случае управления трехфазной электрической машиной при помощи двух параллельных инверторов схема управления выполнена таким образом, чтобы, в ответ на детектирование неисправной ветви инвертора, изменять широтно-импульсную модуляцию, в частности, чтобы обеспечить проводящее состояние непрерывно и без переключения силовых прерывателей другой соответствующей ветви инвертора в течение соответствующих промежутков времени, равных, примерно, 1/3 периода фазного тока.

Согласно варианту выполнения, устройство управления содержит отключающие переключатели, соответственно подключенные к ветвям инверторов, чтобы можно было селективно отключать ветвь инвертора от соответствующего выхода фазного тока.

Согласно другому варианту выполнения, силовыми прерывателями ветвей инверторов управляют через входные цепи, и схема управления выполнена таким образом, чтобы в ответ на детектирование неисправности ветви блокировать работу входных цепей силовых прерывателей неисправной ветви.

Еще одним объектом изобретения является система запуска авиационного тягового двигателя, содержащая многофазную электрическую машину, управляемую в режиме двигателя для приведения во вращение вала двигателя, и описанное выше устройство для управления многофазной электрической машиной.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 и 2 (уже описаны) изображают схемы двух вариантов выполнения известного высоконадежного устройства управления для многофазной электрической машины.

Фиг.3 изображает схематичный вид варианта выполнения устройства управления многофазной электрической машиной в соответствии с изобретением.

Фиг.4 изображает детальный вид ветви инвертора устройства, показанного на фиг.3.

Фиг.5 изображает изменение коэффициента заполнения импульсов, управляющих переключением силовых прерывателей ветвей инверторов в устройстве, показанном на фиг.3, в отсутствие неисправности.

Фиг.6 изображает устройство управления, показанное на фиг.3, после детектирования неисправности ветви инвертора.

Фиг.7 изображает изменение коэффициента заполнения импульсов, управляющих переключением силовых прерывателей ветвей инверторов в устройстве, показанном на фиг.3, после детектирования неисправности ветви инвертора и ее отключения.

Фиг.8 изображает последовательные этапы процесса детектирования неисправности ветви инвертора и обработки неисправности.

Фиг.9 изображает схему управления инверторами в устройстве управления согласно варианту выполнения для управления синхронной электрической машиной с регулированием момента.

Описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения

На фиг.3 схематично показан вариант выполнения устройства 10 управления в соответствии с изобретением в случае управления трехфазной электрической машиной 30 при помощи двух параллельно подключенных трехфазных инверторов 10₁ и 10₂.

Как было указано выше, изобретение находит свое применение в области авиации. Электрическая машина 30 может быть машиной системы запуска авиационного двигателя, например газотурбинного двигателя. При этом электрическая машина механически соединена с валом двигателя для его приведения во вращение при запуске, когда ее переводят в режим двигателя. Электрическая машина 30 может быть также машиной, используемой для запуска вспомогательной силовой установки (APU) или для активации приводов.

Инвертор 10₁ содержит три ветви 10_1а, 10_1b и 10_1с, которые выдают переменные токи I_1a, I_1b и I_1c на соответствующие выходные контакты 12_а, 12_b и 12_с устройства управления. Аналогично, инвертор 10₂ содержит три ветви 10_2а, 10_2b и 10_2с, которые выдают переменные токи I_2a, I_2b и I_2c соответственно на выходные контакты 12_а, 12_b и 12_с. Фазные токи I_a, I_b и I_c, выдаваемые на статорные обмотки электрической машины 30, являются такими, что I_a=I_1a+I_2a, I_b=I_1b+I_2b и I_c=I_1c+I_2c. Инверторы 10₁ и 10₂ имеют сходные конструкции и при нормальной работе управляются таким образом, чтобы токи I_1a и I_2a по существу совпадали по фазе и были равны I_a/2. Аналогично, токи I_1b и I_2b по существу совпадают по фазе и равны I_b/2, и токи I_1c и I_2c по существу совпадают по фазе и равны I_c/2.

Все ветви инверторов подобны друг другу. Каждая ветвь, например ветвь 10_1а (фиг.3 и 4), содержит два прерывателя 102_1а и 104_1а, подключенные последовательно между шинами электрического питания постоянного тока +V и -V и с двух сторон от точки 106_1а, где получают ток I_1a. Как правило, прерыватели 102_1а и 104_1а являются электронными прерывателями, образованными силовыми транзисторами, например, биполярными транзисторами с изолированным затвором (IGBT). Можно также применять другие типы силовых транзисторов, например полевые транзисторы MOSFET, COOLMOS, JFET или тиристоры. Источник питания постоянного тока модулируется посредством переключения силовых транзисторов 102_1а и 104_1а для получения переменного тока I_1a по существу синусоидального вида. Обычно применяют ШИМ-модуляцию. Переключающие импульсы прикладывают между базой и эмиттером транзисторов при помощи схемы управления (или “драйвера”) 108_1а для управления последовательными переключениями транзисторов, при этом один из них является проводящим, тогда как второй блокирован. Между коллектором и эмиттером транзисторов 102_1а и 104_1а подключены диоды 110_1а и 112_1а для обеспечения работы мостовой ветви в 4 квадрантах, определенных осями выходного напряжения и выходного тока.

С силовыми транзисторами 102_1а и 104_1а соединена схема 114_1а детектирования снижения насыщения для сбора информации, характеризующей напряжение между коллектором и эмиттером, когда транзисторы переведены в проводящее состояние. Если эта информация свидетельствует о наличии напряжения коллектор-эмиттер, превышающего максимальный порог, схема 114_1а выдает сигнал о неисправности транзистора ветви инвертора.

Схемы 108_1а и 114_1а соединены со схемой 40 управления инверторами, которая содержит импульсный генератор для реализации ШИМ-модуляции, например, векторного типа. Например, кривая (а) на фиг.5 показывает изменение коэффициента заполнения переключающих импульсов, соответствующих фазе А за электрические периоды тока этой фазы, то есть изменение коэффициента заполнения импульсов, подаваемых на один из силовых транзисторов 10_1а и 10_2а ветвей, при этом коэффициент заполнения импульсов, управляющих переключением другого силового транзистора этих же ветвей, является дополняющим. Продолжительность Т показывает электрический период токов, выдаваемых инверторами. Кривые (b) и (с) показывают изменения коэффициентов заполнения переключающих импульсов, соответствующих другим фазам В и С электрической машины, тогда как кривая (n) показывает коэффициент заполнения, соответствующий нейтральной точке электрической машины. Кривые (а), (b) и (с) имеют одинаковую форму изменения, но смещены по фазе на 2π/3. Форма кривых (а), (b) и (с) не является синусоидальной, при этом ШИМ-модуляцию выбирают таким образом, чтобы оптимизировать использование потенциала постоянного источника электрической энергии. Изменение коэффициента заполнения в нейтральной точке электрической машины (кривая (n)) показывает, что между нейтралью и каждой фазой воссоздают по существу синусоидальные напряжения.

Описанное выше устройство управления трехфазной электрической машиной само по себе хорошо известно.

Согласно изобретению, в случае детектирования неисправности на ветви инвертора, неисправную ветвь селективно отключают и ШИМ-модуляцию изменяют таким образом, чтобы ветвь, соответствующая этой же фазе в другом инверторе, могла полностью выдавать ток рассматриваемой фазы, но без увеличения размерности, связанной с необходимостью переключения силовых прерывателей под током с более значительной амплитудой, чем при нормальной работе.

Для селективного отключения неисправной ветви инвертора между ветвями 10_1а, 10_1b и 10_1с и выходами 12_а, 12_b и 12_с соответственно располагают однополярные отключающие контакторы ветви 14_1а, 14_1b и 14_1с, и между ветвями 10_2а, 10_2b и 10_2с и выходами 12_а, 12_b и 12_с соответственно располагают однополярные отключающие контакторы ветви 14_2а, 14_2b и 14_2с, и этими различными контакторами селективно управляет схема 40 управления.

В случае детектирования неисправности в ветви инвертора, например в ветви 10_2а, схема 40 подает команду на размыкание соответствующего отключающего контактора 14_2а ветви, как показано на фиг.6. При этом ветвь 10_1а полностью выдает весь ток фазы I_a, тогда как ветви 10_1b, 10_2b и 10_1с, 10_2с продолжают выдавать фазные токи I_b и I_c в виде соответствующих частей I_1b, I_1c и I_2b, I_2c.

ШИМ-модуляцию изменяют таким образом, чтобы силовые транзисторы ветви 10_1а продолжали быть проводящими без переключения, пока проходящий через них ток I_a имеет абсолютную величину, превышающую порог, по существу равный I_max/2, где I_max является максимальной абсолютной величиной фазного тока. Порог может, например, находиться в пределах от 0,8(I_max/2) до 1,2(I_max/2).

Кривая (а') на фиг.7 показывает изменение во времени коэффициента заполнения переключающих импульсов, соответствующих фазе А, при ШИМ-модуляции, измененной после детектирования неисправности в ветви инвертора, соответствующей фазе А. Каждый силовой транзистор ветви инвертора, пропускающий весь ток фазы А, остается проводящим в течение времени, соответствующего по существу трети периода Т (что соответствует вышеуказанному значению примерно I_max/2). Интервалы t+ и t- соответствуют, например, промежуткам времени проводимости без переключения силового транзистора 110_1а, находящегося со стороны шины питания +V, и силового транзистора 112_1а, находящегося со стороны шины питания -V, соответственно. Таким образом, во время периода Т, в течение следующего промежутка времени Т/3 (интервал t+), транзистор 110_1а находится в постоянном проводящем состоянии, а транзистор 112_1а не пропускает ток (коэффициент заполнения равен 1), в течение следующего промежутка времени Т/6 коэффициент заполнения понижается от 1 до 0, в течение следующего промежутка времени Т/3 транзистор 112_1а постоянно пропускает, а транзистор 110_1а не пропускает ток (коэффициент заполнения равен 0), и в течение оставшегося промежутка времени Т/6 коэффициент заполнения возрастает от 0 до 1.

В вышеуказанном примере неисправности, детектированной на ветви 10_2а, ток, протекающий по ветви 10_1а, увеличился, как правило, вдвое по сравнению с номинальной работой в отсутствие неисправности. Вместе с тем, это не приводит к удвоению рассеяния, так как потери на переключение уменьшаются по сравнению с номинальной работой. При использовании силовых транзисторов типа IGBT, для которых потери на проводимость имеют тот же порядок величины, что и потери на переключение, полное рассеяние каждого силового транзистора увеличивается в соотношении примерно 1,4. Соответствующее увеличение температуры перехода является допустимым с точки зрения надежности, так как она обычно находится в пределах безопасной работы силового транзистора и поскольку работа в аварийном режиме ограничена временем, необходимым для операции обслуживания. Кроме того, с учетом наличия интервалов без переключения, рассеяние диодов ветви инвертора, которая принимает на себя выдачу всего фазного тока, значительно уменьшается.

На фиг.7 кривые (b') и (c') показывают изменение коэффициентов заполнения, соответствующих фазам В и С электрической машины, и кривая (n') отображает изменение коэффициента заполнения импульсов на нейтрали машины. Кривые (b') и (c') имеют сходные формы изменения, которые изменились по сравнению с формами изменения кривых (b) и (c) на фиг.5, чтобы можно было восстановить, по существу, синусоидальные изменения напряжений между нейтралью и фазами. Таким образом, изменение ШИМ-модуляции должно затрагивать не только фазу, соответствующую неисправной ветви инвертора, но также другие фазы, чтобы эти изменения можно было сохранить по существу синусоидальными. Предпочтительно при изменении ШИМ-модуляции к неисправной ветви не прикладывают никаких переключающих импульсов, и напряжение затвора силовых транзисторов этой ветви поддерживают на уровне, соответствующем состоянию блокировки.

Разумеется, на фиг.7 представлен всего лишь пример из многих других возможных примеров изменения ШИМ-модуляции после детектирования неисправности.

На фиг.8 показаны последовательные этапы примера процесса детектирования и устранения неисправности, которые можно применять в схеме 40 управления.

Этап 51 детектирования неисправности включает в себя отслеживание сигналов, которые могут выдавать схемы детектирования снижения насыщения, связанные с ветвями инверторов, такие как схема 114_1а, показанная на фиг.4. В варианте, неисправность ветви инвертора можно детектировать путем отслеживания уровня тока, выдаваемого этой ветвью.

При детектировании неисправности (тест 52) она может быть подтверждена (этап 53). Подтверждение неисправности можно получить путем прерывания работы инверторов, затем их повторного запуска для констатации возможного стойкого характера неисправности. Когда неисправности детектируют посредством отслеживания снижения насыщения силовых транзисторов, в качестве подтверждения можно использовать измерение тока, производимого находящейся под подозрением ветвью инвертора.

Если неисправность подтверждена (тест 54), работу инверторов и их управление блокируют, например, путем прерывания ШИМ-модуляции (этап 55), и отключающий переключатель, связанный с неисправной ветвью, размыкают (этап 56). Следует отметить, что присутствие отключающих переключателей представляет особый интерес в случае неисправности в виде короткого замыкания силового прерывателя, чтобы избежать влияния неисправности на работу остальной части устройства. Тем не менее, от таких переключателей можно отказаться, если вероятность короткого замыкания является ничтожной по отношению к ожидаемой надежности работы.

После этого производят переконфигурацию ШИМ-модуляции и измененную, таким образом, ШИМ-модуляцию применяют для возобновления работы ветвей инверторов, отличных от неисправных ветвей (этап 57).

На фиг.9 показан пример установки устройства управления, показанного на фиг.3, в регуляторе 60 момента для управления синхронной электрической машиной 30.

С датчиком 32 углового положения, связанного с валом электрической машины 30 или с валом, неподвижно соединенным с ней во вращении, соединяют схему 62 для получения данных, характеризующих скорость вращения и угловое положение ротора электрической машины 30.

С датчиками тока, установленными на выходных линиях ветвей инвертора 10₁, соединяют схемы 64_1а, 64_1b и 64_1с для получения информации, характеризующей токи I_2a, I_2b и I_2c. Суммирующие схемы 66 выдают данные, характеризующие фазные токи I_a, I_b и I_c. Эти данные поступают в вычислительную схему 68, которая на основании значений фазных токов выдает данные Iq_m и Id_m, характеризующие измеренный ток момента и измеренный ток потока электрической машины.

Регулирующая схема 70 направляет в схему 40 управления инверторами данные, касающиеся уровня напряжения и угла для каждой фазы машины, чтобы регулировать значения Iq_m и Id_m по заданным значениям Iq_c (характеризующим заданный момент) и Id_c, обеспечивая при этом оптимальное положение статорного потока по отношению к угловому положению ротора в электрической машине 30. Для этого регулирующая схема 70 получает данные Iq_m, Id_m от вычислительной схемы 68, данные заданных значений Iq_c и Id_c и данные о скорости и угловом положении, выдаваемые схемой 62.

Вышеуказанный регулятор момента и принцип его работы хорошо известны.

Данные заданных значений напряжения и частоты, получаемые схемой 40 управления инверторами, использует цифровой блок 42 управления для управления генератором 44 импульсов, модулируемых по ширине, в отсутствие детектирования неисправности или генератором номинальной ШИМ-модуляции, при этом импульсы параллельно направляют на соответствующие ветви инверторов 10₁ и 10₂.

Переход режима ШИМ-модуляции между номинальной ШИМ-модуляцией и измененной ШИМ-модуляцией задает цифровой блок 42 управления для отключения генератора 44 номинальной ШИМ-модуляции и включения генератора 46 измененной ШИМ-модуляции, при этом переход между двумя режимами ШИМ-модуляции происходит через переключатель 48. Генератор измененной ШИМ-модуляции содержит выходы, связанные с ветвями инверторов 10₁ и 10₂. В случае детектирования неисправности генератор 44 номинальной ШИМ-модуляции деактивируют, и генератор 46 измененной ШИМ-модуляции программируют при помощи цифрового блока 42 управления, чтобы на его выходах генерировать модулированные по ширине импульсы в зависимости от неисправной ветви инвертора и подать команду переключения на генератор 46 измененной ШИМ-модуляции.

Представленное выше описание касалось управления трехфазной машиной при помощи двух параллельно соединенных инверторов.

Разумеется, изобретение можно применять для многофазных машин с числом инверторов более трех, соответственно адаптируя число ветвей инверторов.

Изобретение можно также применять для управления многофазной машиной при помощи более двух параллельных инверторов, при этом каждая ветвь инвертора выдает по существу 1/n тока соответствующей фазы, где n является числом инверторов. В случае неисправности ветви инвертора ток соответствующей фазы должны производить n-1 других соответствующих ветвей других инверторов. ШИМ-модуляцию изменяют таким образом, чтобы в каждой из этих других ветвей силовые прерыватели оставались проводящими без переключения, пока сила проходящего через них тока по абсолютной величине превышает порог, по существу равный $\frac{n - 1}{n} I_{\max}$ , где I_max является максимальной силой тока фазы по абсолютной величине. Можно, например, выбрать порог, составляющий от 80% до 120% от $\frac{n - 1}{n} I_{\max}$ .

1. Способ управления многофазной электрической машиной при помощи, по меньшей мере, двух параллельных многофазных инверторов, при этом каждый инвертор содержит ветви в количестве, равном числу фаз электрической машины, и каждая ветвь содержит два силовых прерывателя, последовательно подключенных между противоположными контактами источника электрического питания постоянного тока и с двух сторон от точки, соединенной с электрической фазой электрической машины,
при этом способ содержит этапы, на которых управляют инверторами посредством широтно-импульсной модуляции, чтобы управлять переключением силовых прерывателей и детектируют неисправность ветви инвертора,
отличающийся тем, что в ответ на детектирование неисправности ветви инвертора, неисправную ветвь отключают, и питание фазы электрической машины, соответствующей неисправной ветви, осуществляют через другую или каждую другую соответствующую ветвь инвертора, и управление посредством широтно-импульсной модуляции изменяют, чтобы обеспечить проводящее состояние непрерывно и без переключения силовых прерывателей другой или каждой другой соответствующей ветви инвертора, когда абсолютная величина силы тока в рассматриваемой фазе превышает или равна порогу, составляющему от 80% до 120% от $\frac{n - 1}{n} I_{\max}$ , где n является числом инверторов, и I_max является абсолютной величиной максимальной силы тока фазы, сохраняя при этом генерирование по существу синусоидального напряжения в каждой фазе машины.

2. Способ по п.1 для управления трехфазной электрической машиной при помощи двух параллельных трехфазных инверторов, отличающийся тем, что во время каждого периода тока фазы, соответствующей неисправной ветви инвертора, силовые прерыватели соответствующей другой ветви инвертора обеспечивают проводящее состояние непрерывно и без переключения, причем каждый в течение примерно 1/3 упомянутого периода.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что отключение неисправной ветви инвертора осуществляют посредством размыкания отключающего переключателя ветви, подключенного между ветвью инвертора и соответствующей фазой электрической машины.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что отключение неисправной ветви инвертора осуществляют посредством блокировки цепей возбуждения силовых прерывателей неисправной ветви.

5. Устройство управления многофазной электрической машиной, содержащее:
- по меньшей мере, два параллельно соединенных многофазных инвертора (10₁, 10₂), при этом каждый инвертор содержит ветви в количестве, равном числу выводимых фазных токов, и каждая ветвь содержит два силовых прерывателя, последовательно подключенных между двумя противоположными контактами источника электрического питания постоянного тока и с двух сторон от точки, соединенной с выходным контактом тока соответствующей фазы,
- схему (40) управления инверторами посредством широтно-импульсной модуляции, управляющую переключением силовых прерывателей, и
- систему детектирования неисправности ветвей инвертора, соединенную со схемой управления,
отличающееся тем, что в ответ на детектирование неисправности ветви инвертора схема управления инверторами выполнена с возможностью:
- отключения неисправной ветви таким образом, чтобы ток соответствующей фазы был обеспечен другой или каждой другой соответствующей ветвью инвертора, и
- изменения широтно-импульсной модуляции, в частности, таким образом, чтобы обеспечивать проводящее состояние непрерывно и без переключения силовых прерывателей другой или каждой другой соответствующей ветви инвертора, когда абсолютная величина силы тока рассматриваемой фазы превышает или равна порогу, составляющему от 80% до 120% от $\frac{n - 1}{n} I_{\max}$ , где n является числом инверторов, и I_max является абсолютной величиной максимальной силы тока фазы, сохраняя при этом генерирование по существу синусоидального напряжения на каждой фазе машины.

6. Устройство по п.5 для управления трехфазной электрической машиной при помощи двух параллельных инверторов (10₁, 10₂), отличающееся тем, что схема управления выполнена таким образом, чтобы, в ответ на детектирование неисправной ветви инвертора, изменять широтно-импульсную модуляцию, в частности, таким образом, чтобы обеспечивать проводящее состояние непрерывно и без переключения силовых прерывателей другой соответствующей ветви инвертора в течение соответствующих промежутков времени, примерно равных 1/3 периода фазного тока.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что содержит отключающие переключатели (14), подключенные к каждой из ветвей инверторов, чтобы можно было селективно отключать ветвь инвертора от выхода тока соответствующей фазы.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что силовыми прерывателями ветвей инверторов управляют через цепи возбуждения, и схема (40) управления выполнена таким образом, чтобы, в ответ на детектирование неисправности ветви, блокировать работу цепей возбуждения силовых прерывателей неисправной ветви.

9. Система запуска авиационного двигателя, содержащая многофазную электрическую машину (30), управляемую в режиме двигателя для приведения во вращение вала двигателя, и устройство по любому из пп.5-8 для управления этой многофазной электрической машиной.

Похожие патенты:

Dc/dc-преобразователь // 2531375

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и является DC/DC-преобразователем с трансформаторной связью между источником питания и нагрузкой. Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности заявленного устройства.

Адаптивный регулятор сварочного тока // 2529871

Изобретение относится к области электротехники, а именно к сварочному оборудованию, в частности к управлению сварочными инверторами. Технический результат заключается в снижении дисперсии силового тока и снижении обрыва дуги и технологических коротких замыканий.

Трехфазный источник бесперебойного питания большой мощности // 2529017

Изобретение относится к трехфазному источнику бесперебойного питания. Технический результат заключается в осуществлении заявленного изобретения без использования ступенчатого изменения в работе двух преобразователей электроэнергии так, чтобы на нагрузку могла подаваться стандартная трехфазная электроэнергия.

Система преобразования мощности // 2525863

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования подведенной электрической мощности в выходные мощности во множестве различных фаз.

Выпрямитель переменного напряжения // 2525608

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством.

Выпрямитель переменного напряжения // 2525171

Выпрямитель переменного напряжения // 2525169

Статический преобразователь частоты и подмодуль статического преобразователя частоты для зарядки или разрядки накопителя энергии // 2524363

Изобретение относится к преобразовательной технике. Для получения подмодуля (13) для зарядки или разрядки накопителя (22) энергии с конденсаторным блоком (14) и схемой (15) силовых полупроводниковых приборов, содержащей подключаемые и отключаемые силовые полупроводниковые приборы (16, 17), причём конденсаторный блок (14) и схема (15) силовых полупроводниковых приборов соединены друг с другом таким образом, что в зависимости от управления силовыми полупроводниковыми приборами (16, 17) на выходных зажимах (19, 20) подмодуля (1) формируется напряжение, падающее на конденсаторе, или нулевое напряжение, причем подмодуль (13) обеспечивает индивидуальное согласование процесса зарядки с требованиями соответствующего накопителя энергии и, кроме того, является недорогим, предлагается, чтобы накопитель (22) энергии подсоединялся к подмодулю (13) через стабилизатор (21) постоянного напряжения, причем чтобы стабилизатор (21) постоянного напряжения был соединен с конденсаторным блоком (14) и был оборудован для преобразования напряжения (Uc) конденсатора, падающего на конденсаторном блоке (14), в зарядное напряжение, необходимое для зарядки накопителя (22) энергии, а также для преобразования разрядного напряжения (EL), падающего при разряде на накопителе (22) энергии, в напряжение (Uc) конденсатора.

Многоуровневый преобразователь напряжения // 2523332

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователе напряжения источника питания. Технический результат - повышение надежности.

Многозонный преобразователь постоянного тока в переменный // 2523001

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям электрической энергии, предназначенным для преобразования постоянного тока в регулируемый переменный, и может быть использовано в регулируемых электроприводах переменного тока и в качестве регулируемого второго преобразователя в преобразователях частоты с промежуточным звеном постоянного напряжения.

Компоновка и способ подачи электрической энергии // 2535879

Изобретение относится к области электротехники. Компоновка для подачи электрической энергии на нагрузку через фильтрующую шину содержит, по меньшей мере, два преобразователя источника напряжения, каждый из которых подключен параллельно к фильтрующей шине через катушку индуктивности и сконфигурирован с возможностью совместной работы на нагрузку. Каждый преобразователь связан с блоком (10) управления, сконфигурированным с возможностью регулирования напряжения (vf) фильтрующей шины при сохранении динамического управления током преобразователя. Этот блок управления задействует создание из напряжения фильтрующей шины двух перпендикулярных взаимно пересекающихся векторов (vfx, vfy) напряжения фильтрующей шины, а также получение вектора (ikx, iky) тока для каждого вектора напряжения фильтрующей шины. Также блок управления использует умножение каждого вектора тока на коэффициент (Dpri) ослабления, общий для всех векторов тока. Результат этого умножения отправляется в средство (13) для вычитания этого результата из соответствующего опорного вектора (v* fx, v* fy) напряжения фильтрующей шины. Технический результат - возможность динамического управления током и возможность ограничения тока. 4 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Многоуровневый повышающий преобразователь постоянного напряжения в трехфазное промышленной частоты // 2537506

Изобретение относится к преобразовательной технике, широко применяемой, например, в солнечной энергетике. Технический результат заявляемого решения - улучшение массогабаритных показателей и расширение функциональных возможностей достигается за счет обеспечения работы на трехфазную нагрузку и совместной работы с трехфазной сетью путем выполнения многоуровневого повышающего трехфазного преобразователя, содержащего общий источник постоянного напряжения, например в виде солнечной батареи, однофазный мостовой автономный инвертор, к выходу которого подключен дополнительно введенный трехфазный преобразователь частоты ячейкового типа, состоящий из высокочастотного повышающего однофазного многообмоточного трансформатора, однофазных выпрямительно-инверторных ячеек, соединенных с вторичными обмотками трансформатора, системы управления, датчиков тока, напряжения и задатчика выходного напряжения промышленной частоты. Введения согласующего трансформатора промышленной частоты. Количество уровней в синусоиде выходного напряжения определяется количеством однофазных выпрямительно-инверторных ячеек в преобразователе частоты. 1 з.п. ф-лы,3 ил.

Способ управления прямым преобразователем и устройство для его осуществления // 2537963

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в прямых преобразователях. Технический результат - уменьшение нежелательных флуктуаций энергии на фазовых модулях. В способе управления прямым преобразователем силовые полупроводниковые ключи коммутационных ячеек (2) соответствующего фазового модуля (1) управляются управляющим сигналом (S1). Для каждого фазового модуля (1) формируют управляющий сигнал (S1) на основе разности между опорным сигналом (Vref,UR, Vref,US, Vref,UT, Vref,VR, Vref,VS, Vref,VT, Vref,WR, Vref,WS, Vref,WT) в отношении напряжения (UUR, UUS, UUT; UVR, UVS, UVT; UWR, UWS, UWT) на фазовом модуле (1) и сигналом напряжения (VLUR, VLUS, VLUT, VLVR, VLVS, VLVT,VLWR,VLWS,VLWT) на индуктивности (LUR,LUS,LUT,LVR,LVS,LVT,LWR,LWS,LWT), который формируют из опорного сигнала (Vref,UR, Vref,US, Vref.UT, Vref,VR Vref.VS, Vref,VT, Vref,WR, Vref,WS, Vref,WT) в отношении тока (iUR, iUS, iUT; iVR, iVS, iVT; iWR, iWS, iWT) через фазовый модуль (1), формируют из среднего значения ( P ¯ U , P ¯ V , P ¯ W ) или мгновенного значения (PU, PV, PW) мощности фазы (U, V, W) первой системы тока или системы напряжения, подключенной к фазовому модулю (1), из среднего значения ( P ¯ R , P ¯ S , P ¯ T ) или мгновенного значения (PR, PS, PT) мощности фазы (R, S, Т) второй системы тока или системы напряжения, подключенной к фазовому модулю (1), из суммы мгновенных значений (PUVW) или средних значений (PUVWM) мощностей фаз (U, V, W) первой системы тока или системы напряжения и из суммы мгновенных значений (PRST) или средних значений (PRSTM) мощностей фаз (R, S, Т) второй системы тока или системы напряжения. Также предлагается устройство для осуществления способа. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ фазового управления тиристорными преобразователями, одновременно работающими на индивидуальные нагрузки // 2539323

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электроподвижном составе переменного тока. Технический результат - увеличение угла задержки импульсов до 18 эл. градусов в средней части полупериода напряжения и уменьшение максимальной мощности полной нагрузки тиристорных преобразователей. В способе фазового управления двумя или более тиристорными преобразователями, одновременно работающими на индивидуальные нагрузки и питаемыми от одной сети переменного тока, импульсы разных преобразователей подают со сдвигом между собой на угол Δα, который выбирается равным максимальному Δαmax, если импульсы управления находятся в средней части полупериода сетевого напряжения, плавно увеличивается от нуля до Δαmax в области от 0 эл. градусов сетевого напряжения между прямыми Δα=α*Δαmax/18 и Δα=α*Δαmax/54, где α - угол выдачи первого импульса управления, эл. градусов, и плавно уменьшается от Δαmax до нуля при углах управления, приближающихся к 180 эл. градусам между прямыми Δα=(180-α)*Δαmax/18 и Δα=(180-α)*Δαmax/54.Угол Δαmax выбирается в пределах 1-18 эл. град. 1 ил.

Мостовой автогенераторный преобразователь напряжения // 2540785

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к нерегулируемым преобразователям постоянного напряжения в переменное. Технический результат заключается в снижении потери мощности на транзисторах мостового автогенераторного преобразователя напряжения и повышение его надежности за счет того, что в мостовом автогенераторном преобразователе напряжения используется вторичная обмотка трансформатора для построения источника насыщения транзисторов. Технический результат достигается за счет мостового автогенераторного преобразователя напряжения с источником насыщения транзисторов, содержащего первый, второй, третий и четвертый транзисторы и их коллекторы, эмиттеры первого и второго транзисторов, резисторы, трансформатор, фильтрующий конденсатор и шину источника питания. 1 ил.

Сварочный источник питания с цифровым управлением рабочим циклом // 2540952

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в импульсном сварочном источнике питания. Техническим результатом является обеспечение быстрого реагирования на быстро происходящие события в сварочной дуге, возникающие с интервалами времени менее 1 мс. Сварочный источник питания включает в себя схему преобразования мощности, выполненную с возможностью приема мощности от первичного источника питания, один или более силовых полупроводниковых переключателей для прерывания мощности от первичного источника питания и преобразование прерываемой мощности в выходную мощность сварки, цифровой контроллер с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) со схемой управления вентилем, которая генерирует выходной ШИМ-сигнал, который управляет переключением одного или более силовых полупроводниковых переключателей. Выходной ШИМ-сигнал включает в себя рабочий цикл, скорректированный с учетом одного или более источников ошибки в сварочной системе. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

Устройство защиты инвертора от перегрузки по мощности // 2542346

Изобретение относится к электротехнике и реализует простой и универсальный способ контроля и защиты инвертора от перегрузок как по активной, так и по полной мощности, что обеспечивает безопасность его эксплуатации без ограничения мощностных возможностей инвертора. Технический результат заключается в защите устройства от перегрузки, его малых габаритах и весе, его высокой надежности и удобстве эксплуатации. Для этого заявленное устройство содержит источник постоянного напряжения, инвертор, датчики выходного тока и напряжения, нагрузку, блок контактора с контактами между источником постоянного напряжения и инвертором, дополнительно снабжено двумя аналоговыми перемножителями, двумя выпрямителями, фильтром нижних частот, двумя компараторами, элементом ИЛИ, таймером и элементом запрета. 1 ил.

Система электропривода транспортного средства // 2543442

Изобретение относится к силовым преобразователям для транспортных средств. Преобразователь питания в системе электропривода транспортного средства содержит источник электропитания, электрогенератор и силовой преобразователь постоянного тока, электрически соединенный с источником электропитания и электрогенератором. Индуктор и первый переключатель расположены на различных параллельных линиях тока, соединяющих источник электропитания и электрогенератор. Преобразователь питания также содержит второй и третий переключатели, причем первый переключатель подключен между индуктором и вторым переключателем, а силовой преобразователь постоянного тока повышает или понижает входное напряжение при выборочном замыкании или размыкании второго и третьего переключателей. Достигается упрощение конструкции преобразователя. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Многослойная шина для силового преобразователя и силовой преобразователь // 2546979

Группа изобретений относится к области электротехники. В настоящей группе изобретений раскрыта конструкция многослойной шины для использования в трехуровневом силовом преобразователе и силовой преобразователь. Конструкция многослойной шины содержит первый слой шины, содержащий нейтральную субшину для обеспечения электрических соединений между соответствующими компонентами в трехуровневом силовом преобразователе и потенциалом нейтральной точки; и второй слой шины, содержащий множество субшин для обеспечения электрических соединений между соответствующими компонентами в трехуровневом силовом преобразователе и положительным входом постоянного тока, отрицательным входом постоянного тока и входом/выходом переменного тока в трехуровневом силовом преобразователе, а также между соответствующими переключающими полупроводниковыми компонентами. Настоящая группа изобретений позволяет получить технический результат - эффективно снизить паразитную индуктивность. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 30 ил.

Способ управления преобразовательной схемой и устройство для его осуществления // 2547448

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления преобразовательными схемами. Технический результат - обеспечение демпфирования нежелательных токов в преобразовательных системах. Преобразовательная схема содержит по меньшей мере два фазных модуля (4), каждый из которых включает в себя первую и вторую частичные преобразовательные системы (1, 2). В каждом фазном модуле (4) частичные преобразовательные системы (1, 2) последовательно соединены между собой. Каждая частичная преобразовательная система (1, 2) содержит несколько последовательно включенных двухполюсных коммутационных ячеек (3). Способ управления преобразовательной схемой включает формирование управляющих сигналов (S1, S2) для коммутационных ячеек (3) дополнительно из демпфирующего сигнала (Vd, U1, Vd, U2), который формируют из измеренного тока (11, i2) через соответствующую частичную преобразовательную систему (1, 2) и задаваемого значения сопротивления (Rd). 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.