Принципы обеспечения отказоустойчивого управления вентильно-индукторным электроприводом с обеспечением свойства живучести

НИТПУ, г. Томск, Россия

Из теории живучести технических систем известно, что данным свойством обладают только избыточные системы, а избыточность в технических системах реализуется через резервирование. Вентильно - индукторный двигатель и электропривод построенный на его основе является перспективным видом электропривода переменного тока (ЭПТ), при этом он уже обладает свойством минимальной живучести за счет схемных и конструктивных особенностей выполнения - без введения дополнительных видов избыточности, минимальная избыточность уже заложена при выполнении трехфазного вентильно-индукторного двигателя. Обмотки двигателя выполнены с независимым токовым питанием и без индуктивной связи между собой. Это обстоятельство позволяет в случае возникновения аварийной ситуации в одной из фаз двигателя за счет исключения из работы одной из фаз двигателя продолжить работу на двух оставшихся фазах с уменьшением номинальной мощности на 33% без нарушения в функционировании оставшихся фаз. Более того двигатель продолжит функционирование и при последовательном отказе в одной из двух оставшихся фаз трехфазного двигателя с уменьшением номинальной мощности на 66%, то есть обеспечивается минимальная базовая живучесть при множественных отказах электропривода с сохранением ограниченной работоспособности [2]. При этом пуск на одной работоспособной фазе односекционного двигателя невозможен. Кроме того, за счет однополярного питания обмоток вентильно-индукторного двигателя повышается исходная надежность однотактных преобразовательных ячеек за счет отсутствия сквозных токов в преобразователе частоты по сравнению с биполярным питанием обмоток асинхронных и вентильных электроприводов, где подобная аварийная ситуация возможна. Дальнейшее повышение живучести вентильно-индукторного электропривода может быть получено при дополнительном формировании избыточности. Рассмотрим принципы обеспечения отказоустойчивого управления вентильно-индукторным электроприводом с обеспечением свойства живучести для многосекционного двигателя с применением известных видов формирования избыточности на основе резервирования с последовательным исчерпанием резерва. Заданный уровень живучести в вентильно-индукторным электроприводе может быть достигнут при выполнении следующих необходимых и достаточных условий в случае аварийной ситуации в одной из фаз преобразователя частоты или двигателя:

• -    Живучесть электропривода может быть обеспечена за счет структурного резервирования. А именно построения многосекционного, в простейшем случае двухсекционного трехфазного вентильно-индукторного двигателя c работой двух секций в режиме горячего резерва. При питании от одного фидера уменьшение активной мощности каждой секции будет в 2 раза, а при питании от двух независимых фидеров в режиме холодного резерва без потери активной мощности. При этом электропривод может рассматриваться как мехатронная система с ненагру-женным резервом или неполностью нагруженным резервом с реализацией алгоритма восстановления работоспособности.

• -    В управляющем микроконтроллере должен быть заложен алгоритм отказоустойчивого управления, который заключается в формировании фазных токов и переключении структуры электропривода для вычисления и управления остаточным ресурсом электропривода.

• -    Силовой преобразователь ЭПТ выполняется по схеме однотактного преобразователя напряжения на двух ключах для высоковольтной схемы или на одном ключе для низковольтной схемы с необходимым формированием нагрузочного резерва [1]. Блокирование преобразовательной ячейки фазы двигателя от источника напряжения обеспечивается закрыванием исправного транзистора одного из двух ключей полумоста для двух ключевой схемы или активизацией дополнительного блокирующего элемента для преобразовательной ячейки выполненной на одном ключе. При этом для диагностирования неисправ-

• ностей ЭПТ должен содержать обратные связи по току каждой фазы двигателя. С целью уменьшения времени переключения структуры электропривода Тп, необходимо обеспечивать максимальную скорость нарастания формируемых фазных токов (обеспечивать минимальное падение напряжения на ключах и широтно-импульсное регулирование тока осуществлять, используя только индуктивность обмоток двигателя). Электропривод строится на основе управляющего микроконтроллера с использованием информационного резервирования – избыточности процессорного ресурса, работа микроконтроллера осуществляется с постоянным программным циклом на частоте не ниже частоты ШИМ модуляции силового преобразователя. В результате программного анализа фазных токов регуляторов токов фаз вырабатываются необходимые биты отказа для соответствующих отказов и на их основе, в случае заложенного в микроконтроллер алгоритма отказоустойчивого управления, обеспечивается управление системой электропривода.