Клиначев Н.В., по мотивам публикации
Воронина С.Г., Шабурова П.О., Курносова Д.А.

Обеспечение работоспособности электропривода с вентильным двигателем при единичных отказах в силовом канале

В публикации [1] исследователей Воронина С.Г., Шабурова П.О., Курносова Д.А. описан способ изменения алгоритма функционирования цифровой системы управления вентильным двигателем в случае отказа "обрыв фазной обмотки" или "обрыв силового ключа", который позволяет сохранить работоспособность привода (при пониженной нагрузке и динамических показателях) в доремонтный период. Авторами рекомендована формула, для расчета токов (несинусоидальной формы), которыми можно питать оставшиеся в работе фазы вентильного двигателя:

$i_l(α) = n∙\sin(α+2π(l-1)/n) / [2∑_{l=1}^{n-1}\sin^2(α+2π(l-1)/n)]$,

где: $n$ – число фаз, $l$ – номер фазы.

Примечание: Представленная схема аварийного питания вентильного двигателя предполагает постоянство момента (от угла поворота) и неизменность его абсолютной величины, при минимуме электрических потерь (такими условиями пользовались авторы, рекомендуя решение из совокупности возможных).

Формирователь несинусоидальной формы тока

Проиллюстрируем решение авторов для случая аварийного управления трехфазным вентильным приводом при обрыве фазы "C". В модуле цифрового управления трехфазным инвертером тока (от которого питается ВД) обязательно имеется подпрограмма, которая, по сигналу датчика положения ротора, осуществляет синтез опорной трехфазной последовательности (блок 3Ph на интерактивном чертеже 1). При обрыве фазы "C" в разрыв между упомянутыми генератором опорной последовательности и силовым инвертером следует установить трансцендентный преобразователь, который будет искажать форму тока фаз "A" и "B". В практической реализации это будет дополнительная подпрограмма, которую на чертеже 1 представляет "Формирователь несинусоидальной формы тока для питания ВД".

Эксперимент № 1. Для модели представленной на чертеже 1 запустите процесс симуляции. Ознакомьтесь с формами тока фаз "A" и "B", которые следует использовать для питания ВД в случае обрыва фазы. В нижней части чертежа собран вычислитель суммы активных составляющих токов фаз (вычислитель момента приведенной машины). Убедитесь в постоянстве электромагнитного момента.

Чертеж 1

На чертеже 2 представлена модель электропривода на вентильном двигателе. После запуска двигатель разгоняется, создавая ограниченый момент на валу; выходит на номинальную частоту вращения. За тем, меняется знак управляющего воздействия. Двигатель переходит в режим электромагнитного тормоза; разгоняется в противоположном направлении; выходит на номинальную частоту вращения. Далее – процесс повторяется.

Эксперимент № 2. Запустите процесс симуляции для модели представленной на чертеже 2. Ознакомьтесь с доаварийным режимом работы привода. Проверьте соответствие осциллограмм (момента, угловой скорости, токов и напряжений фаз) представленному описанию модели. Убедитесь в том, что механическая характеристика симметричная и во всех квадрантах имеет ограничение по моменту и скорости.

Эксперимент № 3. Внесите изменения в систему управления трехфазным инвертером тока (чертёж 2). Внутри блока "sin -120 +120", разорвите три связи между блоком 3Ph и перемножителями; включите в разрыв блок "AB" (формирователь несинусоидальной формы тока) и подключите блок const. Запустите процесс симуляции. Убедитесь в том, что осциллограммы момента, угловой скорости вала; механическая характеристика остались неизменными. Но возросла нагрузка на оставшиеся в работе фазы инвертера тока (о чем свидетельствуют осциллограммы токов и напряжений).

Эксперимент № 4. Ознакомьтесь со способом снижения нагрузки на оставшиеся в работе фазы инвертера тока. Уменьшите нижний предел ограничения сигнала до -1,5 [ед] в блоке limit, который расположен на чертеже 2 около главного сумматора. Запустите процесс симуляции. Убедитесь в том, что во время отрицательного значения задающего воздействия (торможение, разгон и работа в противоположном направлении), снижена токовая нагрузка на оставшиеся в работе фазы инвертера. Т.е. расплатиться пришлось снижением динамических свойств привода (в аварийном режиме активную номинальную нагрузку привод держит, а скорость разгона инерционных масс необходимо снижать).

Чертеж 2

Литература

1. Воронин С.Г., Шабуров П.О., Курносов Д.А. Обеспечение работоспособности электропривода с вентильным двигателем при единичных отказах в силовом канале. // Электричество. – Москва, 2010. №11. – С. 39-42.

15.12.2010