[go: up one dir, main page]

RU2525300C1 - Method to control three-phase valve electric motor of implanted rotary electric pump of cardioprosthesis with provision of liveness property (versions) - Google Patents

Method to control three-phase valve electric motor of implanted rotary electric pump of cardioprosthesis with provision of liveness property (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2525300C1
RU2525300C1 RU2013107079/07A RU2013107079A RU2525300C1 RU 2525300 C1 RU2525300 C1 RU 2525300C1 RU 2013107079/07 A RU2013107079/07 A RU 2013107079/07A RU 2013107079 A RU2013107079 A RU 2013107079A RU 2525300 C1 RU2525300 C1 RU 2525300C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
electric motor
phases
bridge inverter
microcontroller
Prior art date
Application number
RU2013107079/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Михайлович Невзоров
Владимир Алексеевич Мальгичев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ДОНА-М"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ДОНА-М" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ДОНА-М"
Priority to RU2013107079/07A priority Critical patent/RU2525300C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2525300C1 publication Critical patent/RU2525300C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: by a signal from current sensors, a failure is detected in a chain of one of three phases of an anchor winding. Then by means of a microcontroller device a signal is sent for actuation of a protective element of the failed phase, the process of automatic switching of two operating phases is carried out, providing for development of a motor torque. The protective element is represented by power switches of that inverter stand, to which the failed phase is connected. Remaining switches, forming a single-phase bridge inverter, are switched by means of a microcontroller device, carrying out serial selection of previously recorded control codes from memory cells corresponding to the condition of the anchor winding and position of the rotor. The criterion of available fault, as well as sound and light signals announcing the available fault and time of its occurrence, are generated by means of the microcontroller.
EFFECT: development of the method to control a three-phase valve electric motor of an implanted rotary electric pump of a cardioprosthesis with provision of liveness property, which provides for realisation of liveness property of a three-phase valve electric motor, comprising one three-phase bridge inverter and having only three outputs from an anchor winding connected as star.
2 cl, 6 dwg, 2 tbl

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области электропривода устройств и механизмов, требующих обеспечения качества повышенной живучести, в частности к области управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемых электронасосов крови.The invention relates to the field of electric devices and mechanisms requiring quality assurance of increased survivability, in particular to the field of control of a three-phase valve electric motor of implantable electric blood pumps.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Известно [1], что около 7% отказов имплантируемых электронасосов происходит из-за обрыва проводов, подводящих электропитание к обмотке якоря двигателя электронасоса, находящегося внутри пациента. Устранение такого отказа возможно только путем операционной замены отказавшего насоса на исправный насос. Время, проходящее от момента обнаружения отказа до доставки пациента на операцию по замене, не оставляет ему шансов на выживание. В этой связи, обеспечение свойства живучести электронасоса оказывается актуальной задачей. Если, несмотря на произошедший обрыв фазы, двигатель будет продолжать вращать насос, то появляется достаточно времени после получения сигнала об обрыве для подготовки к операции по замене имплантата.It is known [1] that about 7% of failures of implantable electric pumps occur due to the breakage of wires supplying power to the armature winding of the electric pump motor inside the patient. The elimination of such a failure is possible only by operational replacement of the failed pump with a working pump. The time elapsing from the moment a failure is detected to the patient’s delivery for replacement surgery leaves him no chance of survival. In this regard, ensuring the survivability of the electric pump is an urgent task. If, despite the interruption of the phase, the engine continues to rotate the pump, then there is enough time after receiving an interruption signal to prepare for the implant replacement operation.

Известен способ управления трехфазным вентильным электродвигателем - вентильный электропривод - с обеспечением свойства живучести [2], в котором отслеживаются сигналы датчиков тока, включенных в каждую фазу, и при отсутствии тока в одной из фаз ее выключают из цепи путем пережигания плавкой вставки, включенной между источником питания и фазной обмоткой. Две оставшиеся работоспособными фазы независимо коммутируют в соответствии с сигналами датчика положения ротора, образуя поочередно несколько положений вектора магнитодвижущей силы - МДС якоря в пространстве, за которыми и следует ротор, продолжая вращаться. Для реализации способа управления по способу [2] в силовом электронном преобразователе вентильного электродвигателя установили три независимые однофазные мостовые схемы коммутатора, в диагональ каждой из которых включили одну фазу трехфазной обмотки якоря и защитный элемент в виде плавкой вставки.A known method of controlling a three-phase valve motor - a valve actuator - providing survivability [2], which monitors the signals of current sensors included in each phase, and in the absence of current in one phase, it is turned off from the circuit by burning a fuse inserted between the source power supply and phase winding. The two remaining operational phases independently commute in accordance with the signals of the rotor position sensor, forming alternately several positions of the magnetomotive force vector — the MDS of the armature in space, followed by the rotor, continuing to rotate. To implement the control method according to the method [2], three independent single-phase bridge circuits of the switch were installed in the power electronic converter of the valve motor, each of which included one phase of a three-phase armature winding and a protective element in the form of a fusible insert.

Однако в способе управления по изобретению [2] необходимо выводить от трехфазной обмотки якоря все шесть выводов - и начала, и концы каждой фазы, что затрудняет выполнение проводной связи между электромеханическим преобразователем, находящимся внутри пациента, и электронным блоком, установленным снаружи, из-за увеличения общего сечения кабеля. Кроме того, наличие плавкой вставки и устройства ее пережигания при обнаружении отказа усложняет аппаратную часть.However, in the control method according to the invention [2], it is necessary to derive from the three-phase armature winding all six terminals - both the beginning and the ends of each phase, which makes it difficult to conduct wire communication between the electromechanical transducer located inside the patient and the electronic unit installed externally due to increase the overall cross section of the cable. In addition, the presence of a fusible insert and a device for burning it when a failure is detected complicates the hardware.

Известен также способ управления вентильным электродвигателем с обеспечением свойства живучести [3], который состоит в том, что на каждом интервале широтно-импульсной модуляции диагностируют рабочее состояние каждой из трех фаз и, в случае обнаружения отказа в одной из фаз, микроконтроллерная система управления изменяет задание на формирование фазных токов оставшихся фаз таким образом, чтобы обеспечить продолжение вращения ротора двигателя. К недостаткам [3] можно отнести достаточно сложную схему управления, необходимую для обработки алгоритма восстановления работоспособности двигателя при отказе в одной из трех однофазных ячеек силового коммутатора, повышенную сложность алгоритма управления, а также наличие шести выводов от трехфазной обмотки якоря.There is also known a method of controlling a valve motor with providing survivability properties [3], which consists in the fact that at each interval of pulse-width modulation, the operational state of each of the three phases is diagnosed and, if a failure is detected in one of the phases, the microcontroller control system changes the task the formation of phase currents of the remaining phases in such a way as to ensure continued rotation of the motor rotor. The disadvantages [3] include a rather complicated control scheme, which is necessary for processing the algorithm for restoring engine operability in case of failure in one of the three single-phase power switch cells, the increased complexity of the control algorithm, and the presence of six conclusions from the three-phase armature winding.

Наиболее близким к заявляемому изобретению, по наибольшему количеству сходных признаков, является способ управления, в котором для реализации используется управляющий микроконтроллер [4], который вырабатывает управляющие сигналы на основе обработки информации, поступающей от датчика положения ротора, датчиков тока и задатчика частоты вращения по заложенному в него программному алгоритму управления, таким образом, чтобы фаза токов оставалась неизменной, а амплитуда менялась по заложенному в программу заданному закону.Closest to the claimed invention, according to the greatest number of similar features, is a control method in which a control microcontroller [4] is used for implementation, which generates control signals based on the processing of information received from the rotor position sensor, current sensors and rotational speed setter into it a program control algorithm, so that the phase of the currents remains unchanged, and the amplitude changes according to the given law laid down in the program.

К недостаткам изобретения [4] можно отнести необходимость выводить от обмотки якоря вдвое больше выводов, а также то, что микроконтроллер не только использует предварительно определенные значения амплитуды формируемых фазных токов, но и выполняет вычисление управляющего воздействия в процессе управления, что существенно снижает быстродействие системы.The disadvantages of the invention [4] include the need to output twice as many conclusions from the armature winding, as well as the fact that the microcontroller not only uses predefined amplitude values of the generated phase currents, but also calculates the control action in the control process, which significantly reduces the speed of the system.

Возникает необходимость в создании такого способа управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемого ротационного электронасоса кардиопротеза, который обеспечивал бы реализацию свойства живучести трехфазного вентильного электродвигателя, содержащего один трехфазный мостовой инвертор и имеющего лишь три вывода от обмотки якоря, соединенной по схеме «звезда».There is a need to create such a method for controlling a three-phase valve electric motor of an implantable rotational cardioprosthesis electric pump, which would ensure the implementation of the survivability property of a three-phase valve electric motor, containing one three-phase bridge inverter and having only three leads from the armature winding connected by a star circuit.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предложенное изобретение, является создание такого способа управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемого ротационного электронасоса кардиопротеза с обеспечением свойства живучести, который обеспечивал бы реализацию свойства живучести трехфазного вентильного электродвигателя, содержащего один трехфазный мостовой инвертор и имеющего лишь три вывода от обмотки якоря, соединенной по схеме «звезда».The technical result to which the proposed invention is directed is the creation of such a method for controlling a three-phase valve electric motor of an implantable rotary cardioprosthesis rotary electric pump with ensuring the survivability property, which would ensure the implementation of the survivability property of a three-phase valve electric motor containing one three-phase bridge inverter and having only three leads from the armature winding connected by a star pattern.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Указанный технический результат достигается тем, что предложен способ управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемого ротационного электронасоса кардиопротеза с обеспечением свойства живучести, заключающийся в том, что по сигналу датчиков тока выявляют отказ в цепи одной из трех фаз обмотки якоря, соединенной по схеме «звезда», затем, для обеспечения свойства живучести, посредством микроконтроллерного устройства управления подают сигнал на срабатывание защитного элемента отказавшей фазы, осуществляют процесс автокоммутации работающих двух фаз, обеспечивая создание вращающего момента двигателя, причем в качестве защитного элемента используют силовые ключи той стойки трехфазного мостового инвертора вентильного электродвигателя, к которой подключена отказавшая фаза, а остальные ключи, образующие однофазный мостовой инвертор, коммутируют посредством микроконтроллерного устройства управления, осуществляя последовательную выборку заранее записанных управляющих кодов из соответствующих состоянию обмотки якоря и положению ротора ячеек памяти.The specified technical result is achieved by the fact that a method for controlling a three-phase valve electric motor of an implantable rotary cardioprosthesis rotary electric pump is provided, ensuring the survivability property, which consists in the fact that a signal from the current sensors reveals a failure in the circuit of one of the three phases of the armature winding connected by a star circuit, then , to ensure the survivability properties, by means of a microcontroller control device, a signal is issued for the protective element of the failed phase to operate, the process a current switching of the working two phases, ensuring the creation of the motor torque, and as a protective element, use the power switches of the rack of the three-phase bridge inverter of the valve electric motor to which the failed phase is connected, and the rest of the keys forming a single-phase bridge inverter are switched by means of a microcontroller control device selection of pre-recorded control codes from the corresponding state of the armature winding and the position of the rotor of the memory cells and.

А также предложен способ управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемого ротационного электронасоса кардиопротеза с обеспечением свойства живучести, в котором, при отказе в цепи одной из фаз, используют сформированные и занесенные в память микроконтроллера сигналы управления однофазным мостовым инвертором, в диагональ которого включены оставшиеся работоспособными соединенные последовательно две фазы таким образом, что трехфазный вентильный двигатель с вращающимся магнитным полем, при отказе в цепи одной из фаз, преобразуют в однофазный двигатель с пульсирующим полем, чем обеспечивают свойство живучести при неисправности, чем, в случае необходимости, в том числе, поддерживают вспомогательное кровообращение, при этом признак наличия неисправности, а также звуковой и световой сигналы, оповещающие о наличии неисправности и времени ее возникновения, вырабатывают посредством микроконтроллера, кроме того, наличием лишь трех выводов от обмотки обеспечивают малое сечение жгута проводов, выходящих от имплантата наружу, при этом в качестве защитного элемента используют силовые ключи той стойки трехфазного мостового инвертора вентильного электродвигателя, к которой подключена отказавшая фаза, а остальные ключи, образующие однофазный мостовой инвертор, коммутируют посредством микроконтроллерного устройства управления по заданному процессу, обеспечивающему создание пульсирующего вектора магнитодвижущей силы, в соответствии с положением ротора.A method for controlling a three-phase valve electric motor of an implantable rotary cardioprosthesis rotary electric pump is also proposed, ensuring the survivability property, in which, if one of the phases fails, the control signals generated by the microcontroller are used and they are controlled by a single-phase bridge inverter, the diagonal of which includes two operable remaining connected in series phase so that the three-phase valve motor with a rotating magnetic field, in the event of a failure in the circuit of one of the phases, they are converted into a single-phase motor with a pulsating field, which ensures the survivability property in the event of a malfunction, which, if necessary, among other things, supports auxiliary blood circulation, while there is a sign of a malfunction, as well as sound and light signals indicating the presence of the malfunction and the time of its occurrence are produced by means of a microcontroller, in addition, by the presence of only three leads from the winding, they provide a small cross-section of the wiring harness emerging from the implant to the outside, while ementa uses power switches of the three-phase bridge inverter rack BLDC motor, which is connected to the failed phase, and the remaining keys, which form a single-phase bridge inverter commute by microcontroller control device for a given process, which ensures the creation of a pulsating magnetomotive force vector in accordance with rotor position.

Согласно предлагаемому изобретению, в качестве защитного элемента используют силовые ключи той стойки трехфазного мостового инвертора вентильного электродвигателя, к которой подключена отказавшая фаза, а остальные ключи, образующие однофазный мостовой инвертор, коммутируют посредством микроконтроллерного устройства управления по записанному в память заданному процессу, обеспечивающему создание пульсирующего вектора МДС, в соответствии с положением ротора. Другими словами, предлагаемый способ основан на обеспечении живучести трехфазного вентильного электродвигателя имплантируемого насоса кардиопротеза при отказе в цепи одной из фаз путем использования сформированных и занесенных в память микроконтроллера сигналов управления однофазным мостовым инвертором, в диагональ которого включены оставшиеся работоспособными соединенные последовательно две фазы.According to the invention, power switches of the rack of a three-phase bridge inverter of a valve electric motor to which a failed phase is connected are used as a protective element, and the remaining keys forming a single-phase bridge inverter are switched by means of a microcontroller control device according to a preset process recorded in memory that ensures the creation of a pulsating vector MDS, in accordance with the position of the rotor. In other words, the proposed method is based on ensuring the survivability of a three-phase valve electric motor of an implantable cardioprosthesis pump in the event of a circuit failure in one of the phases by using the control signals generated by a single-phase bridge inverter generated and stored in the microcontroller's memory, the diagonal of which includes two working phases connected in series that are still operational.

В отличие от известных способов, в которых защитный элемент отключает всю отказавшую электрическую цепь, включая фазу обмотки якоря и соединенные с ней силовые ключи инвертора, а для этого каждая фаза имеет свой индивидуальный однофазный инвертор, предлагаемый способ управления, по существу, превращает трехфазный вентильный двигатель с вращающимся магнитным полем, при отказе в цепи одной из фаз, в однофазный двигатель с пульсирующим полем, за счет чего позволяет обеспечить свойство живучести при такой неисправности, при этом микроконтроллер вырабатывает признак наличия неисправности, а также звуковой и световой сигналы, оповещающие о наличии неисправности и времени ее возникновения. Благодаря тому что двигатель продолжает работать, появляется запас времени на подготовку нового, исправного экземпляра и проведение замены имплантируемого устройства. Кроме того, наличие лишь трех выводов от обмотки обеспечивает малое сечение жгута проводов, выходящих от имплантата наружу.In contrast to the known methods in which the protective element disconnects the entire failed electrical circuit, including the phase of the armature winding and the inverter power switches connected to it, and for this each phase has its own individual single-phase inverter, the proposed control method essentially turns a three-phase valve motor with a rotating magnetic field, in the event of a failure in the circuit of one of the phases, into a single-phase motor with a pulsating field, thereby ensuring the survivability property in case of such a malfunction, while the microcontrol Weller generates an indication of a failure, as well as sound and light signals notifying the presence of the fault and the time of its occurrence. Due to the fact that the engine continues to work, there is a margin of time for preparing a new, working copy and replacing the implantable device. In addition, the presence of only three leads from the winding provides a small cross-section of the wiring harness extending outward from the implant.

На Фиг.1 представлена функциональная схема трехфазного вентильного электродвигателя, гдеFigure 1 presents a functional diagram of a three-phase valve motor, where

ЭМП - электромеханический преобразователь энергии, конструктивно совмещенный с насосом,EMF - electromechanical energy converter, structurally combined with a pump,

СК - силовой коммутатор,SK - power switch,

БДТ - блок датчиков тока,BDT - block of current sensors,

АкБ - аккумуляторная батарея,Akb - rechargeable battery,

СД - светодиод,LED - LED

СР - сирена,SR - siren,

УМК - управляющий микроконтроллер,UMK - control microcontroller,

ЦПЭ - центральный процессорный элемент,CPE is the central processor element,

ОЗУ и ПЗУ - запоминающие устройства, оперативное и постоянное соответственно,RAM and ROM - storage devices, operational and permanent, respectively,

Рег. Шим - встроенные регуляторы, в том числе с широтно-импульсной модуляцией, порт вывода - порт, из которого выводятся управляющие воздействия, порт ввода - порт для ввода информации от датчиков.Reg. PWM - built-in regulators, including those with pulse-width modulation, output port - the port from which control actions are output, input port - port for inputting information from sensors.

Имплантируемым элементом является электромеханический преобразователь энергии - ЭМП со встроенным насосом. Питание к его обмотке якоря подводят жгутом из трех силовых проводов от силового коммутатора - СК, выполненного по схеме трехфазного мостового частотно-управляемого инвертора. Управление СК осуществляют от микроконтроллера, в порт ввода которого поступают сигналы от трех датчиков тока - БДТ в фазах ЭМП и сигнал задания частоты вращения. Сигнал о положении ротора вырабатывается при векторном управлении посредством осуществления вычислений в процессоре по векторной диаграмме двигателя. Первичным автономным источником электропитания является аккумуляторная батарея - АкБ. Светодиод - СД и сирену - СР используют в качестве сигнальных устройств.The implantable element is an electromechanical energy converter - EMF with a built-in pump. The power to its winding is anchored by a bundle of three power wires from the power switch - SC, made according to the scheme of a three-phase bridge frequency-controlled inverter. SC control is carried out from a microcontroller, the input port of which receives signals from three current sensors - BDT in the phases of the electromagnetic field and a speed reference signal. The signal about the position of the rotor is generated during vector control by performing calculations in the processor according to the vector diagram of the engine. The primary autonomous source of power is the battery - battery. LED - LED and siren - SR are used as signaling devices.

На Фиг.2 приведена упрощенная принципиальная схема силового коммутатора с указанием для определенности номеров ключей - 1, 2, 3, 4, 5, 6 и схема подключенной к нему трехфазной обмотки якоря ЭМП с обозначением фаз А, В, С. Напряжение источника питания обозначено=Uп.Figure 2 shows a simplified schematic diagram of a power switch indicating, for definiteness, key numbers - 1, 2, 3, 4, 5, 6 and a diagram of a three-phase winding of an EMF armature connected to it with phase designations A, B, C. The voltage of the power source is indicated = Uп.

На Фиг.3, гдеFigure 3, where

Ф1 и Ф2 - начальное и конечное положения оси ротора при нахождении вектора МДС в положении F1,F1 and F2 - the initial and final position of the axis of the rotor when the MDS vector is in position F1,

F1, F2, F3, F4, F5, F6 - шесть последовательных положений вектора МДС, представлена пространственная диаграмма шести последовательных положений вектора МДС, создаваемого обмоткой якоря при автокоммутации и двух положений вектора потока ротора при трехфазном режиме работы.F1, F2, F3, F4, F5, F6 - six consecutive positions of the MDS vector, a spatial diagram of six consecutive positions of the MDS vector created by the armature winding during auto-switching and two positions of the rotor flux vector during three-phase operation is presented.

На Фиг.4, гдеFigure 4, where

Ф1, Ф2, Ф3, Ф4, Ф5, Ф6 - шесть последовательных положений оси ротора, фиксируемых датчиком положения,F1, F2, F3, F4, F5, F6 - six consecutive positions of the axis of the rotor, fixed by the position sensor,

F1 и F2 - два последовательных положения вектора МДС,F1 and F2 are two consecutive positions of the MDS vector,

представлена диаграмма двух положений вектора МДС якоря и шести положений вектора потока ротора при обрыве в цепи фазы С.a diagram of two positions of the MDS vector of the anchor and six positions of the rotor flux vector with an open circuit in the phase C circuit is presented.

На Фиг 5, гдеIn Fig 5, where

UA, UB, UC - фазные напряжения,U A , U B , U C - phase voltage

UAB, UAC, UBC - линейные напряжения,U AB , U AC , U BC - line voltage

Т - период,T is the period

даны временные диаграммы: трех каналов устройства выработки кода о текущем положении ротора ЭМП - три верхних графика, работы силовых ключей СК - шесть последующих графиков, а также линейных и фазных напряжений обмотки якоря при трехфазном режиме работы вентильного двигателя при отсутствии обрыва в цепи одной из фаз.time diagrams are given: three channels of the device for generating a code on the current position of the EMF rotor - three upper graphs, operation of power switches SK - six subsequent graphs, as well as linear and phase voltages of the armature winding during three-phase operation of the valve motor in the absence of an open circuit in one of the phases .

На Фиг.6, где6, where

UA, UB, UC - фазные напряжения,U A , U B , U C - phase voltage

UAB, UAC, UBC - линейные напряжения,U AB , U AC , U BC - line voltage

Т - период,T is the period

представлены временные диаграммы сигналов о положении ротора - три верхних графика, работы силовых ключей - шесть последующих графиков, линейных и фазных напряжений обмотки якоря при обрыве в цепи одной из фаз - в цепи фазы С, см. Фиг.2.the time diagrams of signals about the position of the rotor are presented — the three upper graphs, the operation of the power switches — six subsequent graphs, the linear and phase voltages of the armature winding in the event of an open circuit in one of the phases — in the phase C circuit, see FIG. 2.

Представлена также Таблица 1 однозначного соответствия выходных кодов микроконтроллера, управляющих силовыми ключами СК, кодам, характеризующим пространственное положение ротора для трехфазного режима работы.Table 1 also presents the unique correspondence of the output codes of the microcontroller that control the power keys of the SC to codes characterizing the spatial position of the rotor for a three-phase operation mode.

Представлена Таблица 2 соответствия управляющих кодов, вырабатываемых МК согласно настоящему изобретению при обрыве в цепи одной из фаз - фазы С обмотки якоря ЭМП.Table 2 shows the correspondence of control codes generated by MK according to the present invention when one of the phases - phase C of the armature of the armature of the EMF breaks in the circuit.

Предлагаемое изобретение реализуется следующим образом. При отсутствии обрывов в цепях обмотки якоря, другими словами, при нормальном трехфазном режиме работы вентильного двигателя, МК формирует двухбайтовые коды, являющиеся адресами ячеек памяти, в которых хранят соответствующие электрической схеме соединений, заранее определенные управляющие коды. Старший байт адресного кода содержит в своем младшем полубайте код, вырабатываемый датчиками тока. В частности, отсутствию обрыва в цепи фазы соответствует логическая единица в определенном разряде кода датчиков тока. Таким образом, двоичный - В код 0111 в младшем полубайте адреса означает отсутствие обрывов в цепях всех трех фаз. И этот код отсылает к той области памяти, в которой хранят шесть управляющих кодов для реализации автокоммутации при нормальном трехфазном режиме. Младший полубайт адреса содержит код, характеризующий текущее положение ротора, полученный расчетным путем в процессоре с использованием уравнений, описывающих векторную диаграмму - векторное управление.The invention is implemented as follows. In the absence of breaks in the armature winding circuits, in other words, during normal three-phase operation of the valve motor, the MK generates double-byte codes, which are the addresses of the memory cells in which the predetermined control codes are stored in the electrical circuit diagram. The high byte of the address code contains in its low nibble the code generated by current sensors. In particular, the absence of an open in the phase circuit corresponds to a logical unit in a certain category of current sensor code. Thus, binary - In code 0111 in the lower nibble of an address, there are no breaks in the circuits of all three phases. And this code refers to the memory area in which six control codes are stored for the implementation of auto-switching under normal three-phase mode. The smallest nibble of the address contains a code characterizing the current position of the rotor, obtained by calculation in the processor using equations describing the vector diagram - vector control.

Таким образом, например, как показано на Фиг.5, двоично-дясятичный код - BCD адреса 8704 означает, что обрывов нет - младший полубайт старшего байта 7В=0111BCD, а ротор находится в пространственном положении, которому соответствует код 04В=0000 0100BCD. Из ячейки памяти с этим адресом содержимое - управляющий двоичный код 00100100В - выставляется в порт вывода и в соответствии с ним замыкаются ключи 3 и 6 СК, показанного на Фиг.2, ток протекает по фазам А и С, обеспечивая такое положение вектора МДС по отношению к текущему положению ротора, при котором создается вращающий момент нужного направления.Thus, for example, as shown in Fig. 5, the binary decimal code - BCD address 8704 means that there are no breaks - the least nibble of the high byte 7B = 0111BCD, and the rotor is in the spatial position, which corresponds to the code 04B = 0000 0100BCD. From the memory cell with this address, the contents — the control binary code 00100100B — are set to the output port and, in accordance with it, the keys 3 and 6 of the IC shown in FIG. 2 are closed, the current flows through phases A and C, providing such a position of the MDC vector with respect to to the current position of the rotor, at which a torque of the desired direction is created.

При повороте ротора до положения, при котором произойдет смена кода, адрес изменится и в порт вывода поступит новый управляющий код из ячейки с этим адресом. Процесс коммутации происходит в соответствии с Таблицей 1.When the rotor is rotated to the position at which the code will change, the address will change and a new control code will arrive at the output port from the cell with this address. The switching process occurs in accordance with Table 1.

Согласно предлагаемому способу, процесс управления дополнен циклом опроса датчиков тока и отсылкой по результатам этого опроса в разные области памяти, хранящие управляющие коды. Как сказано выше, если результат опроса датчиков тока дает код 0111В, то область памяти определяется старшим байтом в двоично-десятичном коде, например 87BCD.According to the proposed method, the control process is supplemented by a polling cycle of current sensors and sending the results of this survey to different memory areas storing control codes. As mentioned above, if the result of the survey of current sensors gives the code 0111B, then the memory area is determined by the high byte in binary decimal code, for example 87BCD.

При обрыве в цепи одной из фаз обмотки якоря в цикле опроса датчиков тока изменится код. Например, при обрыве в цепи фазы С в цикле опроса будет получен код 0110В. Этот код поступает в качестве младшего полубайта старшего байта адреса и отсылает к другой области памяти, в которой хранятся иные управляющие коды, соответствующие тем же кодам, характеризующим текущее положение ротора, как показано в Таблице 2. Два разряда управляющего кода, связанные с силовыми ключами фазы С, содержат логический нуль и отключают стойку трехфазного инвертора, к которой подсоединена фаза С, а 4 разряда управляющего кода обеспечивают работу однофазного мостового инвертора, образованного оставшимися двумя стойками, к которым подсоединены исправные фазы А и В обмотки якоря.If one of the phases of the armature winding breaks in the circuit, the code will change in the polling cycle of current sensors. For example, if the phase C circuit breaks in the polling cycle, the code 0110V will be received. This code arrives as the lower nibble of the high byte of the address and sends to another memory area, which stores other control codes corresponding to the same codes characterizing the current position of the rotor, as shown in Table 2. Two bits of the control code associated with the power keys of the phase C, contain a logical zero and disconnect the rack of the three-phase inverter, to which phase C is connected, and 4 bits of the control code ensure the operation of the single-phase bridge inverter, formed by the remaining two racks, to the cat The correct phases A and B of the armature winding are connected.

Аналогично организованы еще две области памяти, соответствующие случаям обрыва в цепи фазы А и в цепи фазы В. И обращение к ним идет по коду, полученному в цикле опроса датчиков тока.Two more memory areas are organized in the same way, corresponding to cases of a break in the phase A circuit and in the phase B circuit. And they are accessed using the code obtained in the current sensor polling cycle.

Таким образом, предлагаемый способ управления обеспечивает организацию процесса опроса датчиков тока, а также предусматривает выделение четырех областей памяти и записи в каждую из них соответствующих управляющих кодов, заранее составленных в соответствии с фактической электрической схемой цепи обмотки якоря и необходимым законом формирования вращающего момента при наличии этой схемы.Thus, the proposed control method provides the organization of the process of polling current sensors, and also provides for the allocation of four memory areas and recording in each of them the corresponding control codes, pre-compiled in accordance with the actual electrical circuit of the armature winding circuit and the necessary law of the formation of torque in the presence of this scheme.

При переходе с трехфазного режима работы фактически на однофазный режим вращающий момент понизится, что при том же моменте нагрузки приведет к снижению частоты вращения. Для ее восстановления до прежнего значения необходимо использовать сравнение текущей частоты с заданной частотой и увеличение коэффициента заполнения встроенной в МК цифровой ШИМ или напряжения питания.When switching from a three-phase mode of operation to a single-phase mode, the torque will decrease, which at the same moment of load will reduce the speed. To restore it to its previous value, it is necessary to use a comparison of the current frequency with a given frequency and an increase in the duty cycle of the digital PWM built into the MC or the supply voltage.

Каждый раз, когда в цикле опроса датчиков тока появляется код, отличный от кода 0111В, свидетельствующий о возникновении неисправности и предотвращении отказа за счет применения предложенного способа управления, МК вырабатывает сигналы, подаваемые на соответствующие исполнительные устройства - светодиод и сирену, которые являются сигналами светового и звукового оповещения о неисправности и необходимости подготовиться к операции по замене имплантата. В системе также предусмотрено отключение звукового сигнала. Но световой сигнал не отключается.Each time a code appears in the polling cycle of current sensors that differs from code 0111B, indicating a malfunction and preventing failure due to the application of the proposed control method, the MK generates signals supplied to the corresponding actuators - LED and siren, which are light and sound notification of a malfunction and the need to prepare for an implant replacement operation. The system also provides for turning off the sound signal. But the light does not turn off.

В предлагаемом изобретении способ управления трехфазным вентильным электродвигателем позволяет обеспечить свойство живучести при наличии лишь трехфазного мостового инвертора с шестью силовыми ключами и тремя проводами связи его с обмоткой якоря электромеханического преобразователя, находящегося в пациенте.In the present invention, the method of controlling a three-phase valve electric motor allows providing survivability property in the presence of only a three-phase bridge inverter with six power switches and three wires connecting it with the armature winding of the electromechanical converter located in the patient.

Таким образом, достигнут технический результат созданием такого способа управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемого ротационного электронасоса кардиопротеза с обеспечением свойства живучести, который обеспечивает реализацию свойства живучести трехфазного вентильного электродвигателя, содержащего один трехфазный мостовой инвертор и имеющего лишь три вывода от обмотки якоря, соединенной по схеме «звезда».Thus, a technical result has been achieved by creating such a method for controlling a three-phase valve electric motor of an implantable rotary cardioprosthesis rotary electric pump with ensuring the survivability property, which provides the survivability property of a three-phase valve electric motor containing one three-phase bridge inverter and having only three conclusions from the armature winding connected according to the star circuit ".

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY

Предлагаемые варианты изобретения относятся, в основном, к трехфазным вентильным электродвигателям устройств и механизмов, требующих обеспечения качества повышенной живучести, в частности к области управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемых электронасосов крови.The proposed variants of the invention relate mainly to three-phase valve electric motors of devices and mechanisms requiring quality assurance of increased survivability, in particular to the field of control of a three-phase valve electric motor of implantable electric blood pumps.

Предложены варианты такого способа управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемого ротационного электронасоса кардиопротеза с обеспечением свойства живучести, который обеспечивает реализацию свойства живучести трехфазного вентильного электродвигателя, содержащего один трехфазный мостовой инвертор и имеющего лишь три вывода от обмотки якоря, соединенной по схеме «звезда».Variants of such a method for controlling a three-phase valve electric motor of an implantable rotary cardioprosthesis rotary electric pump with the provision of survivability properties are provided, which ensures the implementation of the survivability property of a three-phase valve electric motor containing one three-phase bridge inverter and having only three conclusions from the armature winding connected according to the star circuit.

Способ управления трехфазным вентильным электродвигателем с обеспечением свойства живучести может быть использован не только для привода имплантируемого ротационного электронасоса, но и там, где прекращение функционирования на доли-единицы часов может привести к нарушению безопасной эксплуатации оборудования с риском для персонала, привести к значительным экономическим потерям при авариях на необслуживаемых объектах с безостановочным либо продолжительным циклом работы, например в приводе технологических центрифуг и сепараторов.A method of controlling a three-phase valve electric motor with the survivability property can be used not only to drive an implantable rotary electric pump, but also where the failure to operate for a fraction of a few hours can lead to disruption of the safe operation of the equipment with a risk to personnel, leading to significant economic losses during accidents at maintenance-free facilities with a non-stop or long cycle of work, for example, in the drive of technological centrifuges and separators.

Таким образом, изобретение промышленно применимо и может широко использоваться в области электроприводных устройств и механизмов, требующих обеспечения качества повышенной живучести, в частности к области управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемых электронасосов.Thus, the invention is industrially applicable and can be widely used in the field of electric drive devices and mechanisms requiring quality assurance of increased survivability, in particular to the field of control of a three-phase valve electric motor of implantable electric pumps.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Evgenij v. Potapov, Friedrich Kaufmann, Alexander Stepanenko, Ewald Hening, Juliane Vierecke, Alexandra Löw, Elke Lehmkuhl, Nikolay Dranishnikov, Roland Hetzer and Thomas Krabatsch: PUMP EXCHANGE FOR CABLE DAMAGE IN PATIENTS SUPPORTED WITH HEARTMATE II LEFT VENTRICULAR ASSIST DEVICE. ASAIOJournal. 58(6):578-582, 2012.1. Evgenij v. Potapov Friedrich Kaufmann Alexander Stepanenko Ewald Hening Juliane Vierecke Alexandra Löw Elke Lehmkuhl Nikolay Dranishnikov Roland Hetzer and Thomas Krabatsch ASAIOJournal. 58 (6): 578-582, 2012.

2. Патент РФ №2447561, МПК Н02Н 7/09, oпубл. 10.04.2012.2. RF patent No. 2447561, IPC Н02Н 7/09, publ. 04/10/2012.

3. А.с. СССР №1746482, МКИ 3 Н02Р 7/42, oпубл. В БИ, 1992, №25.3. A.S. USSR No. 1746482, MKI 3 Н02Р 7/42, publ. In BI, 1992, No. 25.

4. Патент РФ №2311721, МПК Н02Р 6/12; Н02Р 6/16, oпубл. 27.11.2007.4. RF patent No. 2311721, IPC Н02Р 6/12; Н02Р 6/16, publ. 11/27/2007.

Таблица 1Table 1 Код BCD положения ротора и неисправностиBCD code rotor position and fault Код В положения ротора и состояние фаз (неисправности)Code B rotor position and phase status (malfunction) Управляющий код ВControl Code B 87058705 10000111 000001011000011100000101 00 00011000 000110 87048704 10000111 000001001000011100000100 00 10010000 100 100 87068706 10000111 000001101000011100000110 00 10000100 100001 87028702 10000111 000000101000011100000010 00 00100100 001001 87038703 10000111 000000111000011100000011 00 01100000 011000 87018701 10000111 000000011000011100000001 00 01001000 010010

Таблица 2table 2 Код BCD положения ротора и неисправностиBCD code rotor position and fault Код В положения ротора и состояние фаз (неисправности)Code B rotor position and phase status (malfunction) Управляющий код ВControl Code B 87058705 10000111 000001011000011100000101 00 00011000 000110 87048704 10000111 000001001000011100000100 00 00011000 000110 87068706 10000111 000001101000011100000110 00 00100100 001001 87028702 10000111 000000101000011100000010 00 00100100 001001 87038703 10000111 000000111000011100000011 00 00100100 001001 87018701 10000111 000000011000011100000001 00 00011000 000110

Claims (2)

1. Способ управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемого ротационного электронасоса кардиопротеза с обеспечением свойства живучести, заключающийся в том, что по сигналу датчиков тока выявляют отказ в цепи одной из трех фаз обмотки якоря, соединенной по схеме «звезда», затем, для обеспечения свойства живучести, посредством микроконтроллерного устройства управления подают сигнал на срабатывание защитного элемента отказавшей фазы, осуществляют процесс автокоммутации работающих двух фаз, обеспечивая создание вращающего момента двигателя, причем в качестве защитного элемента используют силовые ключи той стойки трехфазного мостового инвертора вентильного электродвигателя, к которой подключена отказавшая фаза, а остальные ключи, образующие однофазный мостовой инвертор, коммутируют посредством микроконтроллерного устройства управления, осуществляя последовательную выборку заранее записанных управляющих кодов из соответствующих состоянию обмотки якоря и положению ротора ячеек памяти.1. A method for controlling a three-phase valve electric motor of an implantable rotational cardioprosthesis electric pump with the survivability property, which consists in the fact that a signal from the current sensors reveals a failure in the circuit of one of the three phases of the armature winding connected by a star circuit, then, to ensure the survivability property, by means of a microcontroller control device, they signal the operation of the protective element of the failed phase, the process of automatic switching of the working two phases is carried out, ensuring the creation of a rotation the current moment of the engine, moreover, the power keys of the rack of the three-phase bridge inverter of the valve electric motor to which the failed phase is connected are used as the protective element, and the remaining keys forming the single-phase bridge inverter are switched by the microcontroller control device, sequentially selecting pre-recorded control codes from the corresponding the state of the armature winding and the position of the rotor of the memory cells. 2. Способ управления трехфазным вентильным электродвигателем имплантируемого ротационного электронасоса кардиопротеза с обеспечением свойства живучести, в котором, при отказе в цепи одной из фаз, используют сформированные и занесенные в память микроконтроллера сигналы управления однофазным мостовым инвертором, в диагональ которого включены оставшиеся работоспособными соединенные последовательно две фазы таким образом, что трехфазный вентильный двигатель с вращающимся магнитным полем, при отказе в цепи одной из фаз, преобразуют в однофазный двигатель с пульсирующим полем, чем обеспечивают свойство живучести при неисправности, чем, в случае необходимости, в том числе, поддерживают вспомогательное кровообращение, при этом признак наличия неисправности, а также звуковой и световой сигналы, оповещающие о наличии неисправности и времени ее возникновения, вырабатывают посредством микроконтроллера, кроме того, наличием лишь трех выводов от обмотки обеспечивают малое сечение жгута проводов, выходящих от имплантата наружу, при этом в качестве защитного элемента используют силовые ключи той стойки трехфазного мостового инвертора вентильного электродвигателя, к которой подключена отказавшая фаза, а остальные ключи, образующие однофазный мостовой инвертор, коммутируют посредством микроконтроллерного устройства управления по заданному процессу, обеспечивающему создание пульсирующего вектора магнитодвижущей силы, в соответствии с положением ротора. 2. A method for controlling a three-phase valve electric motor of an implantable rotational cardioprosthesis electric pump with a survivability property, in which, if a circuit of one of the phases fails, the control signals generated by the single-phase bridge inverter are formed and stored in the microcontroller’s memory, the diagonal of which includes two working phases connected in series so that a three-phase valve motor with a rotating magnetic field, in case of failure in the circuit of one of the phases, is converted into a non-phase motor with a pulsating field, which ensures the survivability property in case of a malfunction, which, if necessary, among other things, supports auxiliary circulation, while a sign of a malfunction, as well as sound and light signals that indicate the presence of a malfunction and the time of its occurrence, produce through the microcontroller, in addition, the presence of only three leads from the winding provides a small cross-section of the wiring harness exiting from the implant to the outside, while using as a protective element power keys of the rack of the three-phase bridge inverter of the valve electric motor to which the failed phase is connected, and the other keys forming the single-phase bridge inverter are switched by means of a microcontroller control device according to a predetermined process that ensures the creation of a pulsating vector of the magnetomotive force, in accordance with the position of the rotor.
RU2013107079/07A 2013-02-08 2013-02-08 Method to control three-phase valve electric motor of implanted rotary electric pump of cardioprosthesis with provision of liveness property (versions) RU2525300C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107079/07A RU2525300C1 (en) 2013-02-08 2013-02-08 Method to control three-phase valve electric motor of implanted rotary electric pump of cardioprosthesis with provision of liveness property (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107079/07A RU2525300C1 (en) 2013-02-08 2013-02-08 Method to control three-phase valve electric motor of implanted rotary electric pump of cardioprosthesis with provision of liveness property (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2525300C1 true RU2525300C1 (en) 2014-08-10

Family

ID=51355305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013107079/07A RU2525300C1 (en) 2013-02-08 2013-02-08 Method to control three-phase valve electric motor of implanted rotary electric pump of cardioprosthesis with provision of liveness property (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2525300C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790625C1 (en) * 2022-11-15 2023-02-28 Акционерное общество "Курганский завод дорожных машин" Method and device for extending the speed range and ensuring the survivability of a three-phase valve motor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1262678A1 (en) * 1984-05-15 1986-10-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт Rectifier electric motor
SU1746482A1 (en) * 1989-06-12 1992-07-07 Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Асу И Радиоэлектроники Rectifier drive
EP1050425A2 (en) * 1999-05-07 2000-11-08 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Failure detection system for a propulsion system
WO2005041401A1 (en) * 2003-10-06 2005-05-06 Wavecrest Laboratories Llc Fault-tolerant electric motor control system
RU2311721C1 (en) * 2006-08-04 2007-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Method for maintaining durability of three-phase valve motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1262678A1 (en) * 1984-05-15 1986-10-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт Rectifier electric motor
SU1746482A1 (en) * 1989-06-12 1992-07-07 Научно-Исследовательский Институт Автоматики И Электромеханики При Томском Институте Асу И Радиоэлектроники Rectifier drive
EP1050425A2 (en) * 1999-05-07 2000-11-08 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Failure detection system for a propulsion system
WO2005041401A1 (en) * 2003-10-06 2005-05-06 Wavecrest Laboratories Llc Fault-tolerant electric motor control system
RU2311721C1 (en) * 2006-08-04 2007-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Method for maintaining durability of three-phase valve motor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2790625C1 (en) * 2022-11-15 2023-02-28 Акционерное общество "Курганский завод дорожных машин" Method and device for extending the speed range and ensuring the survivability of a three-phase valve motor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9912221B2 (en) Method and apparatus for bypassing cascaded h-bridge (CHB) power cells and power sub cell for multilevel inverter
CN101013823B (en) Apparatus for synchronizing uninterruptible power supplies
US9553526B2 (en) Bypassed cascaded cell converter
US9812990B1 (en) Spare on demand power cells for modular multilevel power converter
US10447184B2 (en) Rotating electrical machine and rotating electrical machine system
US9774275B2 (en) Systems and methods for space vector pulse width modulation switching using boot-strap charging circuits
JP5809029B2 (en) Uninterruptible power system
CA2249938A1 (en) Multiple inverter system
CN102165666A (en) Electric actuator including two current-controlled voltage inverters powering an electric machine, and reconfigurable in the presence of a defect
CN109204445B (en) Monitoring system for electric power steering
EP3767821A1 (en) Fault-tolerant electrical drive
EP4014308A1 (en) Intelligent discharge control for modular multilevel converter
KR101650260B1 (en) Superconducting machine and method for the operation thereof
WO2014053989A2 (en) A method and a system for a fast bus transfer in an electrical power system
KR20080040579A (en) submarine
RU2525300C1 (en) Method to control three-phase valve electric motor of implanted rotary electric pump of cardioprosthesis with provision of liveness property (versions)
JP2017216809A (en) Power inversion apparatus
JP2009033943A (en) Direct high voltage inverter apparatus
EP3338354B1 (en) Voltage source converter
EP2849335B1 (en) Dc voltage detector and power conversion device using same
EP3613137A1 (en) Power generation systemtechnical field
EP3399631A1 (en) Redundancy control method of mmc for hvdc
US12224619B2 (en) Uninterruptible power supply apparatus
WO2021198425A1 (en) Method for operating multi-phase generator, and arrangement for multi-phase generator
JP2011041430A (en) Method of driving motor

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20161101

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190209

PD4A Correction of name of patent owner
NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210218