Реверсивный вентильный электропривод (варианты)

 

Устройство относится к системам управления электродвигателями. Технический результат заключается в улучшении энергетических показателей и повышении надежности реверсивного вентильного электропривода с амплитудным регулированием фазных токов синхронной электрической машины при ее работе в переходных и тормозном режимах. Его контур регулирования частоты вращения содержит задатчик частоты вращения, двухвходовой элемент сравнения, регулятор частоты вращения, полупроводниковый коммутатор и реверсивный датчик частоты вращения, состоящий из блока определения направления вращения, блока изменения знака напряжения и нереверсивного датчика частоты вращения. Двухполюсный вход цепи питания полупроводникового коммутатора присоединен к выходу импульсного регулятора постоянного напряжения, вход которого подключен к источнику постоянного тока. Кроме того, реверсивный вентильный электропривод содержит блок определения знака напряжения, два делителя напряжения, блок сложения, блок выделения модуля напряжения, трехвходовой элемент сравнения и регулирующий усилитель, которые вместе с дополнительно введенными логическим элементом ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, логическим элементом НЕ и вторым блоком изменения знака напряжения образуют соединенный с регулятором частоты вращения и реверсивным датчиком частоты вращения блок формирования закона управления импульсным регулятором постоянного напряжения, обеспечивающим минимально возможное среднее падение напряжения на проводящих фазные токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора как в установившемся режиме работы синхронной электрической машины, так и при ее пуске, реверсе и тормозном режиме. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к системам регулирования частоты вращения вентильных электродвигателей, и может быть использовано для привода и управления частотой вращения объектов различного назначения.

Известен реверсивный вентильный электропривод, содержащий синхронную электрическую машину, ротор которой механически сочленен с датчиком положения ротора, фазные обмотки подключены к выходам полупроводникового коммутатора, имеющего двухполюсный вход цепи питания, предназначенный для подключения к источнику постоянного тока, задатчик частоты вращения, двухвходовой элемент сравнения, регулятор частоты вращения и реверсивный датчик частоты вращения, состоящий из блока определения направления вращения, блока изменения знака напряжения, блока определения знака напряжения, двух блоков умножения, двух фильтров нижних частот, двух компараторов и нереверсивного датчика частоты вращения, механически связанного с ротором синхронной электрической машины. Выходы датчика положения ротора соединены с входами полупроводникового коммутатора и с первыми входами блоков умножения. Вторые входы блоков умножения подключены к выходу блока определения знака напряжения, а к их выходам присоединены входы фильтров нижних частот, выходы которых через компараторы подключены к входам блока определения направления вращения. Входы датчика положения ротора и блока определения знака напряжения соединены с выходом регулятора частоты вращения. Основной вход блока изменения знака напряжения подключен к выходу нереверсивного датчика частоты вращения, его управляющий вход - к выходу блока определения направления вращения, а к выходу присоединен один из входов двухвходового элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход соединен с входом регулятора частоты вращения [1].

Его недостатками являются низкий КПД в установившемся режиме работы, невысокие энергетические показатели и надежность в переходных и тормозном режимах. Это объясняется тем, что силовые транзисторы полупроводникового коммутатора работают в активном режиме, а его питание осуществляется напряжением, сохраняющимся постоянным при изменении частоты вращения и режима работы реверсивного вентильного электропривода. Поэтому с уменьшением частоты вращения увеличиваются средние значения падения напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора, и возрастают выделяемые в них мощности потерь, которые отрицательно отражаются на КПД электропривода. Особенно велики эти мощности потерь при пуске, реверсе и в тормозном режиме. При реверсе и тормозном режиме ЭДС вращения фазных обмоток и ЭДС источника питания включаются согласно, поэтому напряжения на проводящих ток фазных обмотках силовых транзисторах резко возрастают и могут достигать значения, практически равного удвоенному напряжению источника питания. Увеличение мощности потерь в силовых транзисторах полупроводникового коммутатора в указанных режимах помимо ухудшения энергетических показателей может привести к возникновению вторичного пробоя силовых транзисторов и, как следствие этого, к прекращению функционирования реверсивного вентильного электропривода, тем самым уменьшая надежность его работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является реверсивный вентильный электропривод, содержащий синхронную электрическую машину, ротор которой механически сочленен с датчиком положения ротора, а фазные обмотки через включенные последовательно с ними датчики тока подключены к выходам полупроводникового коммутатора, имеющего двухполюсный вход цепи питания, задатчик частоты вращения, двухвходовой элемент сравнения, регулятор частоты вращения, реверсивный датчик частоты вращения, состоящий из блока определения направления вращения, блока изменения знака напряжения и нереверсивного датчика частоты вращения, механически связанного с ротором синхронной электрической машины, два делителя напряжения, блок сложения, блок выделения модуля напряжения, трехвходовой элемент сравнения, регулирующий усилитель и импульсный регулятор постоянного напряжения, к входу которого подключен источник постоянного тока, а к выходным выводам присоединены первый делитель напряжения и двухполюсный вход цепи питания полупроводникового коммутатора. Выходы датчика положения ротора соединены с входами полупроводникового коммутатора, а его вход и вход второго делителя напряжения - с выходом регулятора частоты вращения. Входы блока определения направления вращения присоединены к выходам датчиков тока. Основной вход блока изменения знака напряжения подключен к выходу нереверсивного датчика частоты вращения, его управляющий вход - к выходу блока определения направления вращения, а к выходу присоединен один из входов двухвходового элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход соединен с входом регулятора частоты вращения. Первый вход трехвходового элемента сравнения присоединен к выходу первого делителя напряжения, его второй вход - к источнику напряжения смещения, третий вход - к выходу блока выделения модуля напряжения, а выход через регулирующий усилитель подключен к управляющему входу импульсного регулятора постоянного напряжения. Один из входов блока сложения соединен с выходом второго делителя напряжения, его второй вход - с выходом задатчика частоты вращения, а выход - с входом блока выделения модуля напряжения [2].

Недостатками этого устройства являются не очень высокие энергетические показатели и пониженная надежность при работе в переходных и тормозном режимах. Это объясняется тем, что в этом реверсивном вентильном электроприводе напряжение управления выходным напряжением импульсного регулятора постоянного напряжения, поступаемым на полупроводниковый коммутатор, состоит из трех составляющих. Первая из них задается от источника напряжения смещения на втором входе трехвходового элемента сравнения и определяет минимальное напряжение на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора, при котором они работают в активном режиме. Вторая составляющая, представляющая собой постоянное напряжение, прямо пропорциональное амплитуде токов фазных обмоток и, соответственно, амплитуде падения напряжения на их активном сопротивлении, подается через второй делитель напряжения на первый вход блока сложения. На его второй вход с выхода задатчика частоты вращения поступает напряжение, абсолютное значение которого прямо пропорционально заданной частоте вращения и соответствующей ей амплитуде фазной ЭДС вращения. Абсолютное значение алгебраической суммы этих двух напряжений с выхода блока выделения модуля напряжения подается на третий вход трехвходового элемента сравнения.

В установившемся режиме работы реверсивного вентильного электропривода с импульсного регулятора постоянного напряжения на полупроводниковый коммутатор подается напряжение, равное сумме заданного минимального напряжения на его силовых транзисторах, амплитуде падения напряжения на активном сопротивлении фазных обмоток и амплитуде их ЭДС вращения при заданной частоте вращения. Выходное напряжение блока изменения знака напряжения будет практически равно выходному напряжению задатчика частоты вращения, то есть частота вращения ротора синхронной электрической машины будет соответствовать заданной. Поэтому средние напряжения на проводящих фазные токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора и, соответственно, мощности потерь в них будут минимальны и определяются заданным напряжением источника напряжения смещения.

При пуске реверсивного вентильного электропривода и его разгоне до заданной частоты вращения в начальный момент времени фазные ЭДС вращения синхронной электрической машины равны нулю, поэтому наименьшие напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора значительно возрастают и будут равны сумме заданного минимального напряжения на силовом транзисторе и напряжения, равного амплитуде фазных ЭДС вращения при заданной частоте вращения.

При скачкообразном уменьшении выходного напряжения задатчика частоты вращения в известном реверсивном вентильном электроприводе, работающем в установившемся режиме, полярность выходного напряжения регулятора частоты вращения изменяется на противоположную, и синхронная электрическая машина начинает работать в режиме противовключения, в котором ее фазные ЭДС вращения имеют согласное направление с ЭДС на выходных выводах импульсного регулятора постоянного напряжения. Выходное напряжение блока сложения и, соответственно, блока выделения модуля напряжения уменьшаются. Однако следует заметить, что напряжение, поступающее на первый вход блока сложения с выхода регулятора частоты вращения через второй делитель напряжения, не очень велико и составляет при работе синхронной электрической машины в номинальном режиме (5 - 20)% от номинального выходного напряжения задатчика частоты вращения, подаваемого на второй вход блока сложения. Это числовое значение определяется отношением амплитуд падения напряжения на активном сопротивлении фазной обмотки и ее ЭДС вращения при работе синхронной электрической машины в номинальном режиме. В связи с этим в режиме противовключения в начальный момент времени на высоких частотах вращения наименьшие напряжения на проводящих ток силовых транзисторах полупроводникового коммутатора будут равны сумме заданного минимального напряжения на силовом транзисторе и напряжения, равного амплитуде фазной ЭДС вращения при заданной частоте вращения, уменьшенной на удвоенную амплитуду падения напряжения на активном сопротивлении фазных обмоток, что приводит к значительному возрастанию мощностей потерь в силовых транзисторах. И только на частотах вращения, составляющих (5 - 20)% от номинальной частоты вращения, наименьшие напряжения на силовых транзисторах будут приблизительно равны заданному минимальному значению.

Еще худшая ситуация будет при реверсе этого реверсивного вентильного электропривода и при его работе в тормозном режиме. В этих случаях выходные напряжения задатчика частоты вращения и регулятора частоты вращения будут иметь одинаковые полярности, и на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора в начальный момент времени будет напряжение, равное сумме заданного минимального напряжения на силовом транзисторе, амплитуде фазной ЭДС вращения и напряжения, равного амплитуде фазной ЭДС вращения при заданной частоте вращения.

Из всего этого следует, что в переходных и тормозном режимах работы известного реверсивного вентильного электропривода по сравнению с установившимся режимом существенно увеличиваются напряжения на проводящих фазные токи силовых транзисторах его полупроводникового коммутатора. Это приводит к значительному возрастанию в них мощностей потерь и тем самым ухудшает энергетические показатели и снижает надежность реверсивного вентильного электропривода в указанных режимах работы.

Целью данного изобретения является улучшение энергетических показателей и повышение надежности реверсивного вентильного электропривода при работе в переходных и тормозном режимах за счет формирования закона управления импульсным регулятором постоянного напряжения, регулирующего напряжение питания полупроводникового коммутатора и обеспечивающего в этих режимах уменьшение напряжения на его силовых транзисторах, проводящих фазные токи синхронной электрической машины.

Для достижения поставленной цели предложенный реверсивный вентильный электропривод, как и известный, содержит синхронную электрическую машину, ротор которой механически сочленен с датчиком положения ротора, а фазные обмотки подключены к выходам полупроводникового коммутатора, имеющего двухполюсный вход цепи питания, задатчик частоты вращения, двухвходовой элемент сравнения, регулятор частоты вращения, реверсивный датчик частоты вращения, состоящий из блока определения направления вращения, блока изменения знака напряжения и нереверсивного датчика частоты вращения, механически связанного с ротором синхронной электрической машины, блок определения знака напряжения, два делителя напряжения, блок сложения, блок выделения модуля напряжения, трехвходовой элемент сравнения, регулирующий усилитель и импульсный регулятор постоянного напряжения, к входу которого подключен источник постоянного тока, а к выходным выводам присоединены первый делитель напряжения и двухполюсный вход цепи питания полупроводникового коммутатора, при этом выходы датчика положения ротора соединены с входами полупроводникового коммутатора и с входами блока определения направления вращения, а его вход и вход блока определения знака напряжения - с выходом регулятора частоты вращения, основной вход блока изменения знака напряжения подключен к выходу нереверсивного датчика частоты вращения, его управляющий вход - к выходу блока определения направления вращения, а к выходу присоединен один из входов двухвходового элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход соединен с входом регулятора частоты вращения, первый вход трехвходового элемента сравнения присоединен к выходу первого делителя напряжения, его второй вход - к источнику напряжения смещения, а выход через регулирующий усилитель подключен к управляющему входу импульсного регулятора постоянного напряжения, один из входов блока сложения соединен с выходом второго делителя напряжения. В отличие от известного в предложенное устройство дополнительно введены логический элемент исключающее ИЛИ, логический элемент НЕ и второй блок изменения знака напряжения, при этом вход второго делителя напряжения соединен с выходом блока выделения модуля напряжения, вход которого подключен к выходу регулятора частоты вращения, первый вход логического элемента исключающее ИЛИ соединен с выходом блока определения направления вращения, его второй вход - с выходом блока определения знака напряжения, а выход через логический элемент НЕ - с управляющим входом второго блока изменения знака напряжения, основной вход которого присоединен к входу нереверсивного датчика частоты вращения, а выход к второму входу блока сложения, к выходу которого подключен третий вход трехвходового элемента сравнения.

Второй вариант реверсивного вентильного электропривода содержит синхронную электрическую машину, ротор которой механически сочленен с датчиком положения ротора, а фазные обмотки подключены к выходам полупроводникового коммутатора, имеющего двухполюсный вход цепи питания, задатчик частоты вращения, двухвходовой элемент сравнения, регулятор частоты вращения, реверсивный датчик частоты вращения, механически связанный с ротором синхронной электрической машины, блок определения знака напряжения, блок изменения знака напряжения, два делителя напряжения, блок сложения, блок выделения модуля напряжения, трехвходовой элемент сравнения, регулирующий усилитель и импульсный регулятор постоянного напряжения, к выходу которого подключен источник постоянного тока, а к выходным выводам присоединены первый делитель напряжения и двухполюсный вход цепи питания полупроводникового коммутатора, при этом выходы датчика положения ротора соединены с входами полупроводникового коммутатора, а его вход и вход блока определения знака напряжения - с выходом регулятора частоты вращения, к выходу реверсивного датчика частоты вращения присоединен один из входов двухвходового элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход соединен с входом регулятора частоты вращения, первый вход трехвходового элемента сравнения присоединен к выходу первого делителя напряжения, его второй вход - к источнику напряжения смещения, а выход через регулирующий усилитель подключен к управляющему входу импульсного регулятора постоянного напряжения, один из входов блока сложения соединен с выходом второго делителя напряжения. Согласно второму варианту реверсивного вентильного электропривода поставленная цель достигается тем, что него дополнительно введены второй блок определения знака напряжения, логический элемент исключающее ИЛИ, логический элемент НЕ и второй блок выделения модуля напряжения, при этом вход второго делителя напряжения соединен с выходом первого блока выделения модуля напряжения, вход которого подключен к выходу регулятора частоты вращения, входы второго блока определения знака напряжения и второго блока выделения модуля напряжения подключены к выходу реверсивного датчика частоты вращения, первый вход логического элемента исключающее ИЛИ соединен с выходом первого блока определения знака напряжения, его второй вход - с выходом второго блока определения знака напряжения, а выход через логический элемент НЕ - с управляющим входом блока изменения знака напряжения, основной вход которого присоединен к выходу второго блока выделения модуля напряжения, а выход к второму входу блока сложения, к выходу которого подключен третий вход трехвходового элемента сравнения.

В предложенном реверсивном вентильном электроприводе в обоих вариантах к выходным выводам импульсного регулятора постоянного напряжения может быть присоединен диод, включенный в обратном направлении.

Использование общеизвестных приемов для решения задачи по улучшению энергетических показателей и повышению надежности реверсивного вентильного электропривода при работе в переходных и тормозном режимах, заключающихся в выполнении задатчика частоты вращения с установленным на его выходе задатчиком интенсивности, формирующим линейно нарастающее выходное напряжение при ступенчатой форме изменения выходного напряжения задатчика частоты вращения, не может считаться эффективной мерой, так как это позволяет уменьшить среднее напряжение на проводящих фазные токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора только при пуске указанного электропривода, а при скачкообразном уменьшении выходного напряжения задатчика частоты вращения и в режиме реверса в начальный момент времени эти напряжения даже возрастут. При таком исполнении задатчика частоты вращения не снижаются средние напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора и при работе реверсивного вентильного электропривода в тормозном режиме. Неэффективным будет в переходном и тормозном режимах и включение последовательно с выходными выводами импульсного регулятора постоянного напряжения и двухполюсным входом цепи питания полупроводникового коммутатора балластного резистора. Это потребует ввода в рассматриваемый электропривод дополнительных блоков и силовых полупроводниковых приборов, управляющих включением и отключением этого резистора, и не уменьшит суммарные потери мощности, а только перераспределит их между балластным резистором и силовыми транзисторами полупроводникового коммутатора. Повышение надежности реверсивного вентильного электропривода может быть достигнуто за счет применения в его полупроводниковом коммутаторе силовых транзисторов с максимально допустимой рассеиваемой мощностью, превышающей возможную максимальную величину, выделяемую в них в переходном и тормозном режимах. Но при этом возрастают массогабаритные показатели полупроводникового коммутатора, особенно за счет увеличения рабочей площади радиаторов, и стоимость всего устройства.

В результате решения поставленной задачи улучшения энергетических показателей и повышения надежности реверсивного вентильного электропривода в переходных и тормозном режимах за счет формирования закона регулирования напряжения питания полупроводникового коммутатора, обеспечивающего в этих режимах уменьшение напряжения на его силовых транзисторах, проводящих фазные токи синхронной электрической машины, предложено новое техническое решение, материализованное в конкретных признаках особым образом выполненного реверсивного вентильного электропривода.

Все признаки реверсивного вентильного электропривода, изложенные в формуле изобретения, являются необходимыми с точки зрения решаемой задачи и находятся между собой в устойчивой взаимосвязи, так что отбрасывание любого из них не позволяет достичь поставленной цели.

Сказанное и позволяет сделать вывод о том, что все признаки, изложенные в формуле изобретения в совокупности, с точки зрения решаемой задачи, являются существенными.

В известных источниках информации указанная совокупность существенных признаков, предложенная для решения поставленной задачи, не обнаружена, что дает основание классифицировать ее как удовлетворяющую критериям новизны и изобретательского уровня.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображены на фиг. 1 - структурная схема первого варианта реверсивного вентильного электропривода; на фиг. 2 - структурная схема второго варианта реверсивного вентильного электропривода.

Реверсивный вентильный электропривод по первому варианту исполнения, структурная схема которого представлена на фиг. 1, содержит синхронную электрическую машину 1, например, двухфазную, ротор 2 которой механически сочленен с датчиком 3 положения ротора, а фазные обмотки 4, 5 подключены к выходам полупроводникового коммутатора 6, выполненного, например, в виде регуляторов тока и имеющего двухполюсный вход цепи питания. Кроме этого электропривод содержит также задатчик 7 частоты вращения, двухвходовой элемент 8 сравнения, регулятор 9 частоты вращения, реверсивный датчик 10 частоты вращения, состоящий из блока 11 определения направления вращения, первого блока 12 изменения знака напряжения и нереверсивного датчика 13 частоты вращения, механически связанного с ротором 2 синхронной электрической машины 1, блок 14 определения знака напряжения, блок 15 выделения модуля напряжения, два делителя 16,17 напряжения, логический элемент 18 исключающее ИЛИ, логический элемент 19 НЕ, второй блок 20 изменения знака напряжения, блок 21 сложения, трехвходовой элемент 22 сравнения, регулирующий усилитель 23 и импульсный регулятор 24 постоянного напряжения, к входу которого подключен источник 25 постоянного тока, а к выходным выводам присоединены первый делитель 16 напряжения и двухполюсный вход цепи питания полупроводникового коммутатора 6. Выходы датчика 3 положения ротора соединены с входами полупроводникового коммутатора 6 и с входами блока 11 определения направления вращения, а его вход, вход блока 14 определения знака напряжения и вход блока 15 выделения модуля напряжения - с выходом регулятора 9 частоты вращения. Основной вход первого блока 12 изменения знака напряжения подключен к выходу нереверсивного датчика 13 частоты вращения, его управляющий вход - к выходу блока 11 определения направления вращения, а к выходу присоединен один из входов двухвходового элемента 8 сравнения. Второй вход двухвходового элемента 8 сравнения подключен к выходу задатчика 7 частоты вращения, а выход соединен с входом регулятора 9 частоты вращения. Первый вход трехвходового элемента 22 сравнения присоединен к выходу первого делителя 16 напряжения смещения, его второй вход - к выходу источника напряжения смещения, третий вход - к выходу блока 21 сложения, а выход через регулирующий усилитель 23 подключен к управляющему входу импульсного регулятора 24 постоянного напряжения. Первый вход логического элемента 18 исключающее ИЛИ соединен с выходом блока 11 определения направления вращения, его второй вход соединен с выходом блока 14 определения знака напряжения, выход через логический элемент 19 НЕ - с управляющим входом второго блока 20 изменения знака напряжения, основной вход которого присоединен к выходу нереверсивного датчика 13 частоты вращения. Вход второго делителя 17 напряжения соединен с выходом блока 15 выделения модуля напряжения, а его выход - с первым входом блока 21 сложения, второй вход которого присоединен к выходу второго блока 20 изменения знака напряжения.

Импульсный регулятор 24 постоянного напряжения может иметь различное устройство. Изображенный на фиг. 1 импульсный регулятор 24 постоянного напряжения содержит генератор 26 пилообразных импульсов, двухвходовой компаратор, транзисторный ключ 28, обратный диод 29, дроссель 30 и конденсатор 31. Первый вход двухвходового компаратора 27 подключен к выходу генератора 26 пилообразных импульсов, а второй - к выходу регулирующего усилителя 23 и является управляющим входом импульсного регулятора 24 постоянного напряжения. К выходу двухвходового компаратора 27 присоединен управляющий вход транзисторного ключа 28, который вместе с соединенными последовательно дросселем 30 и конденсатором 31 подключены к источнику 25 постоянного тока. Конденсатор 31 присоединен к выходным выводам импульсного регулятора 24 постоянного напряжения, между точкой соединения транзисторного ключа 28 с дросселем 30 и точкой соединения конденсатора 31 с источником 25 постоянного тока включен обратный диод 29.

Принцип работы реверсивного вентильного электропривода первого варианта выполнения заключается в следующем.

Выходное напряжение задатчика 7 частоты вращения, соответствующее заданному направлению и значению частоты вращения синхронной электрической машины 1 сравнивается в двухвходовом элементе 8 сравнения с выходным напряжением первого блока 12 изменения знака напряжения, представляющим собой напряжение обратной связи по частоте вращения. Выходное напряжение двухвходового элемента 8 сравнения, прямо пропорциональное ошибке регулирования частоты вращения синхронной электрической машины 1, поступает на сход регулятора 9 частоты вращения, который формирует из него напряжение, определяемое заданными законом регулирования частоты вращения. Это напряжение подается на вход датчика 3 положения ротора, на выходе которого при вращении ротора 2 двухфазной синхронной электрической машины в зависимости от типа датчика 3 положения ротора возникают два периодических гармонических или иной формы напряжения, сдвинутых друг относительно друга по фазе на 90 электрических градусов и имеющих амплитуду, прямо пропорциональную абсолютной величине выходного напряжения регулятора 9 частоты вращения. Эти напряжения поступают на входы блока 11 определения направления вращения и входы полупроводникового коммутатора 6. Полупроводниковый коммутатор 6 формирует в фазных обмотках 4, 5 токи, прямо пропорциональные выходным напряжениям датчика 3 положения ротора, которые создают в синхронной электрической машине 1 вращающееся магнитное поле. В результате его взаимодействия с магнитным полем ротора 2 образуется вращающий момент синхронной электрической машины 1, величина которого пропорциональна выходному напряжению регулятора 9 частоты вращения, а направление определяется полярностью этого напряжения. Под действием вращающего момента приводится во вращение ротор 2 синхронной электрической машины 1 и нереверсивный датчик 13 частоты вращения.

При вращении нереверсивного датчика 3 частоты вращения на его выходе возникает напряжение положительной полярности, абсолютная величина среднего значения которого прямо пропорциональна частоте вращения синхронной электрической машины 1 и, соответственно, амплитуде ЭДС вращения ее фазных обмоток 4, 5. Это напряжение поступает на вход первого блока 12 изменения знака напряжения. Его выходное напряжение равно по абсолютной величине входному, а полярность определяется напряжением на управляющем входе этого блока, поступающем с выхода блока 11 определения направления вращения. Выходное напряжение блока 11 определения направления вращения в зависимости от знака фазового сдвига поступающих на его входы выходных напряжений датчика 3 положения ротора и, соответственно, от направления вращения реверсивного вентильного электропривода принимает значение, эквивалентное логической "1" или логическому "0". При напряжении на управляющем входе первого блока 12 изменения знака напряжения, соответствующем логической "1", его выходное напряжение имеет положительную полярность, а при равенстве его логическому "0" - отрицательную полярность.

В установившемся режиме работы реверсивного вентильного электропривода при положительной полярности выходного напряжения задатчика 7 частоты вращения выходное напряжение блока 11 определения направления вращения соответствует логической "1", и выходное напряжение первого блока 12 изменения знака напряжения будет также положительной полярности. Поэтому и полярность выходного напряжения регулятора 9 частоты вращения будет положительной. Это напряжение поступает на входы блока 14 определения знака напряжения и блока 15 выделения модуля напряжения. При указанной полярности выходного напряжения регулятора 9 частоты вращения напряжение на выходе блока 14 определения знака напряжения будет соответствовать логической "1", а выходное напряжение блока 15 выделения модуля напряжения будет иметь положительную полярность и по абсолютной величине равно его входному напряжению. Выходное напряжение блока 15 выделения модуля напряжения поступает на второй делитель 17 напряжения, с выхода которого на первый вход блока 21 сложения подается напряжение, прямо пропорциональное амплитуде падения напряжения на активном сопротивлении фазных обмоток 4,5 где U₁₇ - выходное напряжение делителя 17 напряжения; l_{с max} - амплитуда токов фазных обмоток 4, 5; R_с - активное сопротивление фазных обмоток 4, 5; K - коэффициент пропорциональности.

На второй вход блока 21 сложения подается выходное напряжение второго блока 20 изменения знака напряжения. Оно по абсолютной величине равно поступающему на вход этого блока выходному напряжению нереверсивного датчика 13 частоты вращения. Полярность выходного напряжения второго блока 20 изменения знака напряжения определяется напряжением на его управляющем входе, поступающим с выхода логического элемента 19 НЕ, и, как в первом блоке 12 изменения знака напряжения, при равенстве этого напряжения логической "1" будет положительной, а при равенстве логическому "0" - отрицательной.

В рассматриваемом режиме работы реверсивного вентильного электропривода на первых вход логического элемента 18 исключающее ИЛИ с выхода блока 14 определения знака напряжения подается напряжение, равное логической "1", а на втором входе, соединенном с выходом блока 11 определения направления вращения, как уже указывалось, также будет напряжение, равное логической "1". Выходное напряжение логического элемента 19 исключающее ИЛИ будет соответствовать логическому "0", а выходное напряжение логического элемента 19 НЕ - логической "1", поэтому напряжение на втором входе блока 21 сложения будет равно где U₂₀ - выходное напряжение второго блока 20 изменения знака напряжения;
E_{c max} амплитуда ЭДС вращения фазных обмоток 4, 5.

С выхода блока 21 сложения напряжение, равное сумме напряжений U₁₇ и U₂₀, поступает на третий вход трехвходового элемента 22 сравнения. На его второй вход от источника напряжения смещения подается постоянное напряжение, прямо пропорциональное напряжению на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6 при их работе на границе режима насыщения при амплитудных значениях токов фазных обмоток 4, 5
U_см = KU_тр.н, (3)
U_см - напряжение смещения;
U_тр.н - минимально возможное напряжение на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6 при амплитуде токов фазных обмоток 4, 5.

На первый вход трехвходового элемента 22 сравнения с выхода первого делителя 16 напряжения поступает постоянное напряжение, прямо пропорциональное выходному напряжению импульсного регулятора 24 постоянного напряжения, подаваемому на двухполюсный вход цепи питания полупроводникового коммутатора 6. Это напряжение в трехвходовом элементе 22 сравнения сравнивается с суммой напряжений на его втором и третьем входах, представляющей собой напряжение задания выходного напряжения импульсного регулятора 24 постоянного напряжения, при котором обеспечивается минимально возможное среднее напряжение на проводящих фазные токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6. Выходное напряжение трехвходового элемента 22 сравнения, пропорциональное разности заданного и истинного напряжений на двухполюсном входе цепи питания полупроводникового коммутатора 6, усиливается регулирующим усилителем 23 и подается на управляющий вход импульсного регулятора 24 постоянного напряжения, то есть на второй вход двухвходового компаратора 27. На первый вход двухвходового компаратора 27 с выхода генератора 26 пилообразных импульсов по ступают импульсы линейно нарастающего напряжения с заданной амплитудой и частотой.

В начале формирования импульса напряжения генератором 26 пилообразных импульсов напряжения напряжение на первом входе двухвходового компаратора 27 будет меньше, чем на втором входе, и его выходное напряжение будет соответствовать логической "1". Транзисторный ключ 28 открывается, и к источнику 25 постоянного тока подключается LCD-фильтр, состоящий из дросселя 30, конденсатора 31 и обратного диода 29. В момент равенства напряжений на входах двухвходового компаратора 27 он переключается, и его выходное напряжение становится равным логическому "0". Транзисторный ключ 28 запирается, и LCD-фильтр из дросселя 30, конденсатора 31 и обратного диода 29 отключается от источника 25 постоянного тока. Описанный процесс периодически повторяется с частотой генератора 26 пилообразных импульсов, поэтому на LCD-фильтр из дросселя 30, конденсатора 31 и обратного диода 29 будет поступать последовательность прямоугольных импульсов напряжения с амплитудой, равной выходному напряжению источника 25 постоянного тока. Коэффициент заполнения этих импульсов прямо пропорционален напряжению на управляющем входе импульсного регулятора 24 постоянного напряжения. LCD-фильтр из дросселя 30, конденсатора 31 и обратного диода 29 преобразует поступающие на его вход импульсы напряжения в постоянное напряжение, прямо пропорциональное их коэффициенту заполнения, которое в рассматриваемом режиме работы реверсивного вентильного электропривода будет равно

где U₂₄ - выходное напряжение импульсного регулятора 24 постоянного напряжения.

Это напряжение подается на вход первого делителя 16 напряжения и на двухполюсный вход цепи питания полупроводникового коммутатора 6, и в установившемся режиме работы реверсивного вентильного электропривода напряжения на проводящих фазные токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6 при амплитудных значениях этих токов будут минимальны и равны U_тр.н.

В момент пуска реверсивного вентильного электропривода ЭДС вращения фазных обмоток 4, 5 синхронной электрической машины 1 равны нулю. Одновременно с ними будет равно нулю выходное напряжение нереверсивного датчика 3 частоты вращения, и на двухполюсный вход цепи питания полупроводникового коммутатора 6 с выхода импульсного регулятора 24 постоянного напряжения будет подаваться напряжение

При разгоне синхронной электрической машины 1 одновременно будут увеличиваться и амплитуды ЭДС вращения фазных обмоток 4, 5, и выходное напряжение нереверсивного датчика 13 частоты вращения. Поэтому при пуске реверсивного вентильного электропривода в каждый момент времени выходное напряжение импульсного регулятора 24 постоянного напряжения будет соответствовать выражению (4), а средние напряжения на проводящих фазные токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6 минимальны и при амплитудных значениях этих токов будут составлять U_тр.н.
При скачкообразном уменьшении выходного напряжения задатчика 7 частоты вращения, например, положительной полярности, или при изменении полярности его выходного напряжения на противоположную, то есть при задании более низкой частоты вращения или изменения направления вращения реверсивного вентильного электропривода, полярность выходного напряжения регулятора 9 частоты вращения с положительной изменяется на отрицательную. Фазы периодических напряжений на выходах датчика 3 положения ротора из меняются на 180^o, и синхронная электрическая машина 1 переходит из двигательного режима работы в режим торможения противовключением, при котором во время включения силовых транзисторов полупроводникового коммутатора 6 напряжение, а точнее, ЭДС на его двухполюсном входе цепи питания и ЭДС вращения включенных фазных обмоток 4, 5 будут совпадать по направлению. Напряжения на проводящих фазные токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6 увеличиваются на удвоенное значение ЭДС вращения фазных обмоток 4, 5. Одновременно с этим выходное напряжение блока 14 определения знака напряжения становится равным логическому "0". Направление и частота вращения синхронной электрической машины 1 из-за инерционности ее ротора 2 сразу после скачкообразного уменьшения выходного напряжения задатчика 7 частоты вращения остаются неизменными, поэтому выходное напряжение блока 11 определения направления вращения будет соответствовать логической "1". Выходное напряжение логического элемента 18 исключающее ИЛИ становится равным логической "1", а выходное напряжение логического элемента 19 НЕ логическому "0", и полярность выходного напряжения второго блока изменения знака напряжения с положительной изменяется на отрицательную. Полярность выходного напряжения блока 15 выделения модуля напряжения и, соответственно, выходного напряжения второго делителя 17 напряжения останется неизменной, то есть положительной, и выходное напряжение блока 21 сложения, поступающее на третий вход трехвходового элемента 22 сравнения, будет равно разности выходных напряжений второго делителя 17 напряжения и второго блока 10 изменения знака напряжения U₂₁ = U₁₇ - U₂₀. Таким образом, с учетом напряжения смещения U_см на втором входе трехвходового элемента 22 сравнения, выходное напряжение импульсного регулятора 24 постоянного напряжения будет задаваться равным

В этот момент времени выходное напряжение импульсного регулятора 24 постоянного напряжения из-за накопленного его конденсатором 31 заряда, как уже указывалось, остается прежним и будет соответствовать выражению (4), то есть больше, чем заданное, и выходное напряжение трехвходового элемента 22 сравнения, а также выходное напряжение регулирующего усилителя 23 будут отрицательной полярности. Двухвходовой компаратор 27 переходит в состояние, при котором его выходное напряжение становится равным логическому "0", и он перестает переключаться с частотой генератора 26 пилообразных импульсов. Транзисторный ключ 28 запирается, и питание полупроводникового коммутатора 6 с подключенными к его выходам фазными обмотками 4, 5 синхронной электрической машины 1 будет осуществляться от накопителей энергии импульсного регулятора 24 постоянного напряжения, то есть дросселя 30 и конденсатора 31. Накопленная ими электрическая энергия невелика и будет израсходована на торможение синхронной электрической машины 1 за время, равное нескольким периодам напряжения генератора 26 пилообразных импульсов, что на несколько порядков меньше электромеханической постоянной времени синхронной электрической машины 1 и поэтому практически не вызовет увеличения мощностей потерь в силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6.

Если после разряда конденсатора 31 синхронная электрическая машина 1 будет вращаться с частотой вращения, при которой будет выполняться условие

то полярность выходного напряжения трехвходового элемента 22 сравнения будет отрицательной, и транзисторный ключ 28 импульсного регулятора 24 постоянного напряжения будет закрыт, то есть электроэнергия для питания синхронной электрической машины 1 от источника 25 постоянного тока поступать не будет. Синхронная электрическая машина 1 будет работать в режиме динамического торможения, то есть в генераторном режиме, и тормозной момент будет создаваться за счет накопленной ротором 2 кинетической энергии. Источниками питания включенных фазных обмоток 4, 5 в этом режиме будут их ЭДС вращения, а контур прохождения каждого фазного тока будет состоять из фазной обмотки, соответствующих включенных силовых транзисторов полупроводникового коммутатора 6, обратного диода 29 импульсного регулятора 24 постоянного напряжения и его дросселя 30. В этом режиме работы реверсивного вентильного электропривода, так как транзисторный ключ 28 закрыт, в напряжениях на проводящих фазные токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6 будет отсутствовать составляющая, формируемая импульсным регулятором 24 постоянного напряжения из напряжения источника 25 постоянного тока, и если пренебречь падением напряжения на дросселе 30, их минимальные значения составят

где U_{тр. min} - минимальное напряжение на включенном силовом транзисторе полупроводникового коммутатора 6;
U_д - падение напряжения на включенном в прямом направлении обратном диоде 29.

При частотах вращения синхронной электрической машины 1, на которых после разряда конденсатора 31 или в процессе ее торможения условие (7) не выполняется, полярность выходного напряжения трехвходового элемента 22 сравнения будет положительной, транзисторный ключ 28 открывается, и импульсный регулятор 24 постоянного напряжения начинает работать в своем обычном режиме, формируя на двухполюсном входе цепи питания полупроводникового коммутатора 6 постоянное напряжение в соответствии с выражением (6). Синхронная электрическая машина 1 в этот момент будет работать в режиме торможения противовключением при пониженном напряжении на двухполюсном входе цепи питания полупроводникового коммутатора 6, обеспечивающем при амплитуде фазных токов работу его силовых транзисторов в активном режиме при минимальном напряжении на них, равном U_тр.н.

В момент времени, когда частота вращения синхронной электрической машины 1 достигнет заданной или, если производился реверс, станет равной нулю, полярности входных напряжений задатчика 7 частоты вращения и его регулятора 9 частоты вращения будут иметь одинаковый знак, а выходные напряжения блока 11 определения направления вращения и блока 14 определения знака напряжения разные логические уровни. Выходное напряжение логического элемента 18 исключающее ИЛИ принимает значение, равное логическому "0", выходное напряжение логического элемента 19 НЕ будет равно логической "1", и полярность выходного напряжения второго блока 20 изменения знака напряжения становится положительной. Импульсный регулятор 24 постоянного напряжения будет формировать на двухполюсном входе цепи питания полупроводникового коммутатора 6 постоянное напряжение в соответствии с выражением (4), а синхронная электрическая машина 1 будет работать в двигательном режиме. Если производилось реверсирование синхронной электрической машины 1, то после достижения ротором 2 частоты вращения, равной нулю, начинается ее разгон в противоположном направлении, который практически ничем не отличается от описанного выше процесса пуска реверсивного вентильного электропривода.

В тормозном режиме работы реверсивного вентильного электропривода, то есть при вращении ротора 2 синхронной электрической машины 1 под действием внешнего механического воздействия в направлении, противоположном создаваемому ею вращающему моменту, при положительной полярности выходного напряжения задатчика 7 частоты вращения выходное напряжение блока 11 определения направления вращения будет соответствовать логическому "0". Полярность выходного напряжения первого блока 12 изменения знака напряжения становится отрицательной, а полярность выходного напряжения регулятора 9 частоты вращения, как и при работе синхронной электрической машины 1 в двигательном режиме, положительной. Поэтому выходное напряжение блока 14 определения знака напряжения будет равно логической "1", выходное напряжение логического элемента 18 исключающее ИЛИ становится также равным логической "1", а выходное напряжение логического элемента 19 НЕ соответственно равным логическому "0", и полярность выходного напряжения второго блока 20 изменения знака напряжения будет отрицательной. Полярность выходного напряжения блока 15 выделения модуля напряжения остается положительной, и с выхода регулирующего усилителя 23 на управляющий вход импульсного регулятора 24 постоянного напряжения будет подаваться напряжение, задающее его выходное напряжение в соответствии с выражением (6). Из этого следует, что в тормозном режиме работы реверсивного вентильного электропривода при амплитуде фазных токов на проводящих эти токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6 будут равны U_тр.н.

При повышении частоты вращения синхронной электрической машины 1 до значения, при котором будет выполняться условие (7), как показано выше, транзисторный ключ 28 импульсного регулятора 24 постоянного напряжения закрывается, а синхронная электрическая машина 1 переходит в генераторный режим работы, при котором токи в ее фазных обмотках 4, 5 будут создаваться ЭДС вращения этих обмоток. Контуры прохождения этих токов будут замыкаться через обратный диод 29 и дроссель 30 импульсного регулятора 24 постоянного напряжения. Минимальные напряжения на проводящих фазные токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6 будут равны значениям, определяемым из (8), и являются минимально возможными при нереверсивном источнике питания полупроводникового коммутатора 6 синхронной электрической машины 1, функцию которого выполняет импульсный регулятор 24 постоянного напряжения с источником 25 постоянного тока.

При отрицательной полярности выходного напряжения задатчика 7 частоты вращения принцип действия реверсивного вентильного электропривода во всех режимах работы не отличается от описанного выше.

В реверсивном вентильном электроприводе может использоваться реверсивный датчик частоты вращения, выполненный конструктивно в виде одного неразборного блока без информационного выхода, напряжение на котором принимает логические уровни, соответствующие направлению вращения синхронной электрической машины 1. Тогда предложенный реверсивный вентильный электропривод выполняется по второму варианту, согласно которому он, как показано на фиг.2, содержит синхронную электрическую машину 1, ротор 2 которой механически сочленен с датчиком 3 положения ротора, фазные обмотки 4, 5 подключены к выходам полупроводникового коммутатора 6, имеющего двухполюсный вход цепи питания, задатчик 7 частоты вращения, двухвходовой элемент 8 сравнения, регулятор 9 частоты вращения, реверсивный датчик 10 частоты вращения, механически связанный с ротором 2 синхронной электрической машины 1, первый 14 и второй 32 блоки определения знака напряжения, первый 15 и второй 33 блоки выделения модуля напряжения, два делителя 16, 17 напряжения, логический элемент 18 исключающее ИЛИ, логический элемент 19 НЕ, блок 20 изменения знака напряжения, блок сложения 21, трехвходовой элемент 22 сравнения, регулирующий усилитель 23 и импульсный регулятор 24 постоянного напряжения, к входу которого подключен источник 25 постоянного тока, а к выходным выводам присоединены первый делитель 16 напряжения и двухполюсный вход цепи питания полупроводникового коммутатора 6. Выходы датчика 3 положения ротора соединены с входами полупроводникового коммутатора 6, а его вход, вход первого блока 14 определения знака напряжения и вход первого блока 15 выделения модуля напряжения - с выходом регулятора 9 частот вращения. Входы второго блока 31 определения знака напряжения, второго блока 33 выделения модуля напряжения и один из входов двухвходового элемента 8 сравнения присоединены к выходу реверсивного датчика 10 частоты вращения. Второй вход двухвходового элемента 8 сравнения подключен к выходу задатчика 7 частоты вращения, а выход соединен со входом регулятора 9 частоты вращения. Первый вход трехвходового элемента 22 сравнения присоединен к выходу первого делителя 16 напряжения, его второй вход - к источнику напряжения смещения, третий вход - к выходу блока 21 сложения, а выход через регулирующий усилитель 23 подключен к управляющему входу импульсного регулятора 24 постоянного напряжения. Первый вход логического элемента 18 исключающее ИЛИ соединен с выходом второго блока 32 определения знака напряжения, его второй вход соединен с входом первого блока 14 определения знака напряжения, а выход через логический элемент 19 НЕ - с управляющим входом блока 20 изменения знака напряжения, основной вход которого присоединен к выходу второго блока 33 выделения модуля напряжения. Вход второго делителя 17 напряжения соединен с выходом первого блока 15 выделения модуля напряжения, а его выход - с первым входом блока 21 сложения, второй вход которого присоединен к выходу блока 20 изменения знака напряжения.

Импульсный регулятор 24 постоянного напряжения в этом варианте выполнения реверсивного вентильного электропривода имеет такое же устройство, как и в первом варианте выполнения этого электропривода.

Принцип работы реверсивного вентильного электропривода по второму варианту выполнения во всех режимах работы в основном не отличается от принципа работы такого электропривода по первому варианту исполнения. Отличие состоим в том, что во втором варианте реверсивного вентильного электропривода функцию блока 11 определения направления вращения выполняет второй блок 32 определения знака напряжения, а функцию нереверсивного датчика 13 частоты вращения реверсивный датчик 10 частоты вращения с подключенным к его выходу вторым блоком 33 выделения модуля напряжения. При положительной полярности выходного напряжения реверсивного датчика 10 частоты вращения выходное напряжение второго блока 33 определения знака напряжения принимает значение, соответствующее логической "1", а при отрицательной полярности - равное логическому "0".

В обоих вариантах выполнения реверсивного вентильного электропривода к выходным выводам импульсного регулятора 24 постоянного напряжения можем быть присоединен диод, включенный в обратном направлении.

Тогда при работе предложенного электропривода в тормозном режиме и в режиме динамического торможения во время реверса контур тока, потребляемого полупроводниковым коммутатором 6 и подключенной к его выходу синхронной электрической машиной 1, будет замыкаться не только через цепь, состоящую из соединенных последовательно обратного диода 29 и дросселя 30 импульсного регулятора 24 постоянного напряжения, но и через подключенный параллельно этой цепи дополнительный обратный диод. Ток, проходящий по этому контуру, помимо постоянной составляющей содержит переменную составляющую, частота которой может составлять десятки, а в многополюсной синхронной электрической машине 1 и сотни герц. Переменная составляющая этого тока будет наводить в дросселе 30 ЭДС самоиндукции. При отсутствии дополнительного обратного диода это приводит к тому, что в некоторые моменты времени неравенство (8) выполняться не будет, то есть силовые транзисторы полупроводникового коммутатора 6 будут насыщаться, и форма токов в фазных обмотках 4, 5 синхронной электрической машины 1 будет искажаться, а в другие моменты времени напряжения на проводящих фазные токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6, наоборот, возрастают, увеличивая тем самым выделяемые в них мгновенные мощности потерь. Дополнительный обратный диод, присоединенный к выходным выводам импульсного регулятора 24 постоянного напряжения, устраняет влияние описанных физических процессов на работу реверсивного вентильного электропривода, так как в указанных режимах ток через дроссель 30 практически проходить не будет, и напряжения на проводящих фазные токи силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6 будет соответствовать выражению (8).

Таким образом, по сравнению с прототипом эффективность предложенного реверсивного вентильного электропривода заключается в улучшении энергетических показателей и повышении надежности при работе в переходных и тормозном режимах, получаемых за счет формирования закона управления импульсным регулятором 24 постоянного напряжения, регулирующим напряжение питания полупроводникового коммутатора и обеспечивающим в этих режимах уменьшение напряжения на его силовых транзисторах, проводящих фазные токи синхронной электрической машины 1. При этом в установившемся режиме, при пуске, а также на частотах вращения синхронной электрической машины 1, не превышающих (0,05 - 0,20) от номинальной, при реверсе и тормозном режиме, напряжения на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6 при амплитудном значении проходящих по ним токов равны минимально возможному напряжению, при котором обеспечивается их работа в активном режиме. Практически меньше на значение амплитуды ЭДС фазных обмоток 4, 5 по сравнению с прототипом будут напряжения на силовых транзисторах и при работе синхронной электрической машины 1 в режиме реверса и тормозном режиме на частотах вращения более (0,05 - 0,20) от номинальной. Кроме того, при таких частотах вращения в этих режимах работы транзисторный ключ 28 импульсного регулятора 24 постоянного напряжения будет закрыт, и потребляемый от источника 25 постоянного тока ток будет равен нулю. Следствием этого является уменьшение мощности потерь в силовых транзисторах полупроводникового коммутатора и энергопотребления всего устройства. В результате улучшаются энергетические показатели и повышается надежность функционирования реверсивного вентильного электропривода, что позволяет использовать его для привода и управления частотой вращения объектов различного назначения, в том числе в приборах, робототехнических устройствах и производственном оборудовании текстильного производства.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1132329, кл. H 02 K 29/02, 1984, Б.И. N 48.

2. Авторское свидетельство СССР N 1390764, кл. H 02 P 6/02, H 02 K 29/06, 1988, Б.И. N 15.

Формула изобретения

1. Реверсивный вентильный электропривод, содержащий синхронную электрическую машину, ротор которой механически сочленен с датчиком положения ротора, а фазные обмотки подключены к выходам полупроводникового коммутатора, имеющего двухполюсный вход цепи питания, задатчик частоты вращения, двухвходовой элемент сравнения, регулятор частоты вращения, реверсивный датчик частоты вращения, состоящий из блока определения направления вращения, блока изменения знака напряжения и нереверсивного датчика частоты вращения, механически связанного с ротором синхронной электрической машины, блок определения знака напряжения, два делителя напряжения, блок сложения, блок выделения модуля напряжения, трехвходовой элемент сравнения, регулирующий усилитель и импульсный регулятор постоянного напряжения, к входу которого подключен источник постоянного тока, а к выходным выводам присоединены первый делитель напряжения и двухполюсный вход цепи питания полупроводникового коммутатора, при этом выходы датчика положения ротора соединены с входами полупроводникового коммутатора и с входами блока определения направления вращения, а его вход и вход блока определения знака напряжения - с выходом регулятора частоты вращения, основной вход блока изменения знака напряжения подключен к выходу нереверсивного датчика частоты вращения, его управляющий вход - к выходу блока определения направления вращения, а к выходу присоединен один из входов двухвходового элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход соединен с входом регулятора частоты вращения, первый вход трехвходового элемента сравнения присоединен к выходу первого делителя напряжения, а его второй вход - к источнику напряжения смещения, а выход через регулирующий усилитель подключен к управляющему входу импульсного регулятора постоянного напряжения, один из входов блока сложения соединен с выходом второго делителя напряжения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, логический элемент НЕ и второй блок изменения знака напряжения, при этом вход второго делителя напряжения соединен с выходом первого блока выделения модуля напряжения, вход которого подключен к выходу регулятора частоты вращения, первый вход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом блока определения направления вращения, его второй вход - с выходом блока определения знака напряжения, а выход через логический элемент НЕ - с управляющим входом второго блока изменения знака напряжения, основной вход которого присоединен к входу нереверсивного датчика частоты вращения, а выход - к второму входу блока сложения, к выходу которого подключен третий вход трехвходового элемента сравнения.

2. Реверсивный вентильный электропривод, содержащий синхронную электрическую машину, ротор которой механически сочленен с датчиком положения ротора, а фазные обмотки подключены к выходам полупроводникового коммутатора, имеющего двухполюсный вход цепи питания, задатчик частоты вращения, двухвходовой элемент сравнения, регулятор частоты вращения, реверсивный датчик частоты вращения, механически связанный с ротором синхронной электрической машины, блок определения знака напряжения, блок изменения знака напряжения, два делителя напряжения, блок слежения, блок выделения модуля напряжения, трехвходовой элемент сравнения, регулирующий усилитель и импульсный регулятор постоянного напряжения, к входу которого подключен источник постоянного тока, а к выходным выводам присоединены первый делитель напряжения и двухполюсный вход цепи питания полупроводникового коммутатора, при этом выходы датчика положения ротора соединены с входами полупроводникового коммутатора, а его вход и вход блока определения знака напряжения - с выходом регулятора частоты вращения, к выходу реверсивного датчика частоты вращения присоединен один из входов двухвходового элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика частоты вращения, а выход соединен с входом регулятора частоты вращения, первый вход трехвходового элемента сравнения присоединен к выходу первого делителя напряжения, а его второй вход - к источнику напряжения смещения, а выход через регулирующий усилитель подключен к управляющему входу импульсного регулятора постоянного напряжения, один из входов блока сложения соединен с выходом второго делителя напряжения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй блок определения знака напряжения, логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, логический элемент НЕ и второй блок выделения модуля напряжения, при этом вход второго делителя напряжения соединен с выходом первого блока выделения модуля напряжения, вход которого подключен к выходу регулятора частоты вращения, входы второго блока определения знака напряжения и второго блока выделения модуля напряжения подключены к выходу реверсивного датчика частоты вращения, первый вход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с выходом первого блока определения знака напряжения, его второй вход - с выходом второго блока определения знака напряжения, а выход через логический элемент НЕ - с управляющим входом блока изменения знака напряжения, основной вход которого присоединен к выходу второго блока выделения модуля напряжения, а выход - к второму входу блока сложения, к выходу которого подключен третий вход трехвходового элемента сравнения.

3. Реверсивный вентильный электропривод по п.1 или 2, отличающийся тем, что к выходным выводам импульсного регулятора постоянного напряжения присоединен диод, включенный в обратном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2