RU2142193C1 - Valve-type reversing electric drive - Google Patents
Valve-type reversing electric drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2142193C1 RU2142193C1 RU99102488A RU99102488A RU2142193C1 RU 2142193 C1 RU2142193 C1 RU 2142193C1 RU 99102488 A RU99102488 A RU 99102488A RU 99102488 A RU99102488 A RU 99102488A RU 2142193 C1 RU2142193 C1 RU 2142193C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- input
- output
- unit
- semiconductor switch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Description
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. The invention relates to electrical engineering, and more specifically to systems for controlling the rotational speed of valve electric motors, and can be used to drive and control the rotational speed of objects for various purposes.
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]. Known reversible valve actuator containing a synchronous electric machine, the rotor of which is mechanically coupled to a rotor position sensor, phase windings are connected to the outputs of a semiconductor switch having a two-pole input circuit, designed to connect to a constant current source, speed controller, two-input comparison element, controller rotational speed and a reversible rotational speed sensor, consisting of a unit for determining the direction of rotation, a sign-changing unit a voltage sign determination unit, two multiplication units, two low-pass filters, two comparators and a non-reversible speed sensor mechanically connected to the rotor of a synchronous electric machine. The outputs of the rotor position sensor are connected to the inputs of the semiconductor switch and to the first inputs of the multiplication units. The second inputs of the multiplication units are connected to the output of the voltage sign determination unit, and the inputs of the low-pass filters are connected to their outputs, the outputs of which are connected through the comparators to the inputs of the rotation direction determination unit. The inputs of the rotor position sensor and the voltage sign determination unit are connected to the output of the speed controller. The main input of the voltage sign change unit is connected to the output of the non-reversible speed sensor, its control input is connected to the output of the rotation direction determination unit, and one of the inputs of the two-input comparison element is connected to the output, the second input of which is connected to the output of the speed setter, and the output is connected to the input of the speed controller [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. Its disadvantages are low efficiency in steady state operation, low energy performance and reliability in transient and braking modes. This is because the power transistors of the semiconductor switch operate in an active mode, and its power is supplied by a voltage that remains constant when the speed and operating mode of the reversible valve actuator are changed. Therefore, with a decrease in the rotational speed, the average values of the voltage drop across the power transistors of the semiconductor switch increase, and the loss power allocated to them increases, which negatively affects the efficiency of the electric drive. These power losses are especially great during start-up, reverse, and in braking mode. During reverse and braking mode, the EMF of rotation of the phase windings and the EMF of the power source are turned on according to, therefore, the voltages on the current-conducting phase windings of power transistors increase sharply and can reach a value almost equal to twice the voltage of the power source. An increase in the power loss in the power transistors of a semiconductor switch in these modes, in addition to a deterioration in energy performance, can lead to secondary breakdown of power transistors and, as a consequence, to the termination of the operation of a reversible valve actuator, thereby reducing the reliability of its operation.
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]. The closest in technical essence to the present invention is a reversible valve actuator containing a synchronous electric machine, the rotor of which is mechanically coupled to a rotor position sensor, and phase windings connected through current sensors connected in series with them to the outputs of a semiconductor switch having a bipolar input power circuit, a master speed, two-input comparison element, speed controller, reversible speed sensor, consisting of a block dividing the direction of rotation, a unit for changing the sign of the voltage and a non-reversible speed sensor mechanically coupled to the rotor of a synchronous electric machine, two voltage dividers, an addition unit, a voltage module isolation unit, a three-input comparison element, a regulating amplifier and a pulse constant voltage regulator, to the input of which a direct current source, and the first voltage divider and the bipolar input of the power circuit of the semiconductor switch are connected to the output terminals. The outputs of the rotor position sensor are connected to the inputs of the semiconductor switch, and its input and the input of the second voltage divider are connected to the output of the speed controller. The inputs of the unit for determining the direction of rotation are connected to the outputs of current sensors. The main input of the voltage sign change unit is connected to the output of the non-reversible speed sensor, its control input is connected to the output of the rotation direction determination unit, and one of the inputs of the two-input comparison element is connected to the output, the second input of which is connected to the output of the speed setter, and the output is connected to speed controller input. The first input of the three-input comparison element is connected to the output of the first voltage divider, its second input to the bias voltage source, the third input to the output of the voltage module isolation unit, and the output through the control amplifier is connected to the control input of the DC voltage regulator. One of the inputs of the addition unit is connected to the output of the second voltage divider, its second input to the output of the speed controller, and the output to the input of the voltage module isolation unit [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. The disadvantages of this device are not very high energy performance and reduced reliability during operation in transient and braking modes. This is because in this reversible valve actuator, the voltage control output voltage of the pulsed DC voltage regulator supplied to the semiconductor switch consists of three components. The first of them is set from the bias voltage source at the second input of the three-input comparison element and determines the minimum voltage at the power transistors of the semiconductor switch, at which they operate in the active mode. The second component, which is a constant voltage, is directly proportional to the amplitude of the currents of the phase windings and, accordingly, to the amplitude of the voltage drop at their active resistance, is fed through the second voltage divider to the first input of the addition unit. A voltage is supplied to its second input from the output of the speed controller, the absolute value of which is directly proportional to the set speed and the corresponding amplitude of the phase rotation EMF. The absolute value of the algebraic sum of these two voltages from the output of the voltage module isolation unit is supplied to the third input of the three-input comparison element.
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. In the steady state mode of operation of a reversible valve electric actuator, a voltage equal to the sum of the specified minimum voltage at its power transistors, the amplitude of the voltage drop across the active resistance of the phase windings, and the amplitude of their emf of rotation at a given speed are applied to the semiconductor switch from the pulse regulator of constant voltage. The output voltage of the voltage sign-changing unit will be almost equal to the output voltage of the speed setter, that is, the rotor speed of the synchronous electric machine will correspond to the set value. Therefore, the average voltage on the phase-current conducting power transistors of the semiconductor switch and, accordingly, the power losses in them will be minimal and determined by the specified voltage of the bias voltage source.
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. When starting a reversible valve actuator and accelerating it to a predetermined speed at the initial instant of time, the phase EMF of rotation of a synchronous electric machine is equal to zero, therefore, the lowest voltages at the power transistors of the semiconductor switch increase significantly and will be equal to the sum of the specified minimum voltage at the power transistor and a voltage equal to the amplitude phase EMF rotation at a given speed.
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. With a jump-like decrease in the output voltage of the speed controller in a known reversible valve electric drive operating in a steady state, the polarity of the output voltage of the speed controller changes to the opposite, and the synchronous electric machine starts working in the counter-switching mode, in which its phase rotation EMF have a consonant direction with the EMF at the output terminals of a pulsed DC voltage regulator. The output voltage of the addition unit and, accordingly, the allocation unit of the voltage module is reduced. However, it should be noted that the voltage supplied to the first input of the addition unit from the output of the speed controller via the second voltage divider is not very large and amounts to (5 - 20)% of the rated output voltage of the speed controller when the synchronous electric machine is in operation, fed to the second input of the addition block. This numerical value is determined by the ratio of the amplitudes of the voltage drop across the active resistance of the phase winding and its rotation EMF during operation of a synchronous electric machine in nominal mode. In this regard, in the anti-inclusion mode at the initial instant of time at high rotation frequencies, the lowest voltages at the current-conducting power transistors of the semiconductor switch will be equal to the sum of the specified minimum voltage at the power transistor and the voltage equal to the amplitude of the phase EMF of rotation at a given speed reduced by twice the amplitude voltage drop across the active resistance of the phase windings, which leads to a significant increase in power losses in power transistors. And only at rotational speeds that make up (5 - 20)% of the nominal rotational speed, the lowest voltages at the power transistors will be approximately equal to the specified minimum value.
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. An even worse situation will be when reversing this reversible valve actuator and when it is operating in braking mode. In these cases, the output voltages of the speed setter and the speed controller will have the same polarity, and at the initial moment of time there will be a voltage on the power transistors of the semiconductor switch equal to the sum of the specified minimum voltage on the power transistor, the amplitude of the phase EMF of rotation and the voltage equal to the amplitude of the phase EMF rotation at a given speed.
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. From all this it follows that in the transient and braking modes of operation of the known reversible valve electric drive, compared to the steady state, the voltages on the phase-current conducting power transistors of its semiconductor switch increase significantly. This leads to a significant increase in their power losses and thereby degrades energy performance and reduces the reliability of a reversible valve actuator in these operating modes.
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. The aim of this invention is to improve energy performance and increase the reliability of a reversible valve actuator during operation in transient and braking modes due to the formation of the law of control of a pulsed DC voltage regulator, regulating the supply voltage of a semiconductor switch and providing in these modes a voltage reduction on its power transistors conducting phase currents synchronous electric machine.
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. To achieve this goal, the proposed reversible valve actuator, as well as the known one, contains a synchronous electric machine, the rotor of which is mechanically coupled to the rotor position sensor, and the phase windings are connected to the outputs of the semiconductor switch having a two-pole input of the power supply circuit, speed controller, two-input comparison element, speed controller, reversible speed sensor, consisting of a unit for determining the direction of rotation, a unit for changing the sign of voltage and a dividing rotational speed sensor mechanically connected to the rotor of a synchronous electric machine, a voltage sign determination unit, two voltage dividers, an addition unit, a voltage module isolation unit, a three-input comparison element, a regulating amplifier and a pulse constant voltage regulator, to the input of which a constant current source is connected, and the first voltage divider and the bipolar input of the power circuit of the semiconductor switch are connected to the output terminals, while the outputs of the rotor position sensor with are dined with the inputs of the semiconductor switch and with the inputs of the rotation direction determination unit, and its input and input of the voltage sign determination unit with the output of the speed controller, the main input of the voltage sign change unit is connected to the output of the non-reversible speed sensor, its control input is to the output of the unit determining the direction of rotation, and one of the inputs of the two-input comparison element is connected to the output, the second input of which is connected to the output of the speed setter, and the output is connected to the input p of a rotational speed regulator, the first input of a three-input comparison element is connected to the output of the first voltage divider, its second input is connected to a bias voltage source, and the output through a control amplifier is connected to the control input of a pulse constant voltage regulator, one of the inputs of the addition unit is connected to the output of the second voltage divider . In contrast to the known device, the exclusive OR logic element, the logical element NOT and the second voltage sign change unit are additionally introduced into the proposed device, while the input of the second voltage divider is connected to the output of the voltage module selection unit, the input of which is connected to the output of the speed controller, the first input of the logical an exclusive OR element is connected to the output of the rotation direction determination unit, its second input is connected to the output of the voltage sign determination unit, and the output through the logic element is NOT the control input of the second unit changes the voltage sign, the main input of which is connected to the non-reverse input speed sensor, and output to the second input of the summation unit, which is connected to the output of the third comparison input trehvhodovogo element.
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. The second version of a reversible valve actuator contains a synchronous electric machine, the rotor of which is mechanically coupled to the rotor position sensor, and the phase windings are connected to the outputs of a semiconductor switch having a two-pole input of the power supply circuit, a rotational speed regulator, a two-input comparison element, a rotational speed regulator, a reversible rotational speed sensor mechanically connected with the rotor of a synchronous electric machine, a unit for determining the sign of voltage, a unit for changing the sign of voltage, two a voltage separator, an addition unit, a voltage module isolation unit, a three-input comparison element, a regulating amplifier and a pulsed DC voltage regulator, to the output of which a DC source is connected, and the first voltage divider and a two-pole input of the power circuit of the semiconductor switch are connected to the output terminals the rotor position sensor is connected to the inputs of the semiconductor switch, and its input and input of the voltage sign determination unit is connected to the output of the speed controller, one of the inputs of the two-input comparison element is connected to the output of the reversible speed sensor, the second input of which is connected to the output of the speed controller, and the output is connected to the input of the speed controller, the first input of the three-input comparison element is connected to the output of the first voltage divider, its second input is connected to bias voltage source, and the output through the control amplifier is connected to the control input of the pulsed DC voltage regulator, one of the inputs of the addition unit is connected to the output ohm of the second voltage divider. According to the second embodiment of the reversible valve actuator, the goal is achieved by the fact that it additionally introduces a second voltage sign determination unit, an exclusive OR logic element, a logic element NOT and a second voltage module isolation unit, while the input of the second voltage divider is connected to the output of the first voltage module allocation unit the input of which is connected to the output of the speed controller, the inputs of the second voltage sign determination unit and the second voltage module isolation unit are are connected to the output of the reversible speed sensor, the exclusive OR gate input is connected to the output of the first voltage sign determination unit, its second input to the output of the second voltage sign determination unit, and the output through the logic element NOT to the control input of the voltage sign change unit, the main input of which is connected to the output of the second voltage module isolation unit, and the output to the second input of the addition unit, to the output of which the third input of the three-input comparison element is connected.
В предложенном реверсивном вентильном электроприводе в обоих вариантах к выходным выводам импульсного регулятора постоянного напряжения может быть присоединен диод, включенный в обратном направлении. In the proposed reversible valve actuator in both versions, a diode connected in the opposite direction can be connected to the output terminals of the pulsed DC voltage regulator.
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. The use of well-known techniques to solve the problem of improving energy performance and increasing the reliability of a reversible valve actuator when operating in transient and braking modes, consisting in the execution of the speed control unit with an intensity control unit installed at its output, which forms a linearly increasing output voltage with a step-like form of change in the output voltage of the control unit rotational speed cannot be considered an effective measure, since this allows you to reduce the average voltage e phase currents in conductive semiconductor power transistors switch only when starting said motor drive, and after a sudden decrease in the output voltage setpoint speed and a reverse mode at the initial time, these stresses even increase. With this design of the speed controller, the average voltages at the power transistors of the semiconductor switch are not reduced even when the reversible valve actuator is in braking mode. It will be ineffective in the transition and braking modes and switching in series with the output terminals of the pulsed DC voltage regulator and the bipolar input of the power supply circuit of the semiconductor switch of the ballast resistor. This will require the introduction of additional units and power semiconductor devices into the drive in question that control the inclusion and shutdown of this resistor, and will not reduce the total power loss, but only redistribute them between the ballast resistor and power transistors of the semiconductor switch. Improving the reliability of a reversible valve actuator can be achieved through the use of power transistors in its semiconductor switch with the maximum allowable power dissipation, exceeding the maximum possible value allocated in them in transition and braking modes. But at the same time, the overall dimensions of the semiconductor switch increase, especially due to an increase in the working area of radiators, and the cost of the entire device.
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. As a result of solving the stated problem of improving energy performance and increasing the reliability of a reversible valve actuator in transient and braking modes due to the formation of the law of regulation of the supply voltage of a semiconductor switch, providing in these modes a voltage reduction on its power transistors conducting phase currents of a synchronous electric machine, a new technical solution materialized in concrete features of a specially executed reversing valve flax electric drive.
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. All the signs of a reversible valve actuator set forth in the claims are necessary from the point of view of the problem to be solved and are in a stable relationship with each other, so discarding any of them does not allow to achieve the goal.
Сказанное и позволяет сделать вывод о том, что все признаки, изложенные в формуле изобретения в совокупности, с точки зрения решаемой задачи, являются существенными. This and allows us to conclude that all the features set forth in the claims in the aggregate, from the point of view of the problem being solved, are essential.
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. In the well-known sources of information, the specified set of essential features proposed to solve the problem is not found, which gives reason to classify it as satisfying the criteria of novelty and inventive step.
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.The essence of the invention is illustrated in the drawing, which shows
in FIG. 1 is a structural diagram of a first embodiment of a reversible valve actuator;
in FIG. 2 is a structural diagram of a second embodiment of a reversible valve actuator.
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. The reversible valve actuator according to the first embodiment, the structural diagram of which is shown in FIG. 1 contains a synchronous
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. The
Принцип работы реверсивного вентильного электропривода первого варианта выполнения заключается в следующем. The principle of operation of the reversible valve actuator of the first embodiment is as follows.
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. The output voltage of the
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. When the
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;
lс max - амплитуда токов фазных обмоток 4, 5;
Rс - активное сопротивление фазных обмоток 4, 5;
K - коэффициент пропорциональности.In the steady state mode of operation of the reversible valve actuator with a positive polarity of the output voltage of the
where U 17 is the output voltage of the
l with max - the amplitude of the currents of the
R with - the active resistance of the
K is the coefficient of proportionality.
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. The output voltage of the second voltage
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;
Ec max амплитуда ЭДС вращения фазных обмоток 4, 5.In the considered mode of operation of the reversible valve actuator, the first input of the
where U 20 is the output voltage of the second voltage
E c max the amplitude of the EMF of rotation of the
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
Uсм = KUтр.н, (3)
Uсм - напряжение смещения;
Uтр.н - минимально возможное напряжение на силовых транзисторах полупроводникового коммутатора 6 при амплитуде токов фазных обмоток 4, 5.From the output of the
U cm = KU trn , (3)
U cm is the bias voltage;
U tr.n - the minimum possible voltage on the power transistors of the
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. At the first input of the three-
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.At the beginning of the formation of the voltage pulse by the sawtooth
where U 24 is the output voltage of the
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 Uтр.н.This voltage is supplied to the input of the
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 Uтр.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 180o, 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 Uсм 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.At the time of start-up of the reversible electromotive electromotive force, the rotations of the
When accelerating a synchronous
When an abrupt decrease in the output voltage of the
At this point in time, the output voltage of the
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 Uтр. min - минимальное напряжение на включенном силовом транзисторе полупроводникового коммутатора 6;
Uд - падение напряжения на включенном в прямом направлении обратном диоде 29.If, after the discharge of the
then the polarity of the output voltage of the three-
where U tr. min is the minimum voltage on the power transistor of the
U d - voltage drop in the forward direction of the
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 Uтр.н.At the rotational speeds of the synchronous
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. At the time when the speed of the synchronous
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 Uтр.н.In the braking mode of operation of a reversible valve actuator, that is, when the
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. When the rotation speed of the synchronous
При отрицательной полярности выходного напряжения задатчика 7 частоты вращения принцип действия реверсивного вентильного электропривода во всех режимах работы не отличается от описанного выше. With a negative polarity of the output voltage of the
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. In a reversible valve actuator, a reversible speed sensor can be used, which is constructed in the form of one non-separable unit without an information output, the voltage at which takes logical levels corresponding to the direction of rotation of the synchronous
Импульсный регулятор 24 постоянного напряжения в этом варианте выполнения реверсивного вентильного электропривода имеет такое же устройство, как и в первом варианте выполнения этого электропривода. The
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". The principle of operation of the reversible valve actuator according to the second embodiment in all operating modes does not basically differ from the principle of operation of such an electric actuator according to the first embodiment. The difference is that in the second embodiment of the reversible valve actuator, the function of the rotation direction determination unit 11 is performed by the second voltage
В обоих вариантах выполнения реверсивного вентильного электропривода к выходным выводам импульсного регулятора 24 постоянного напряжения можем быть присоединен диод, включенный в обратном направлении. In both versions of the reversible valve actuator, a diode connected in the opposite direction can be connected to the output terminals of the pulsed
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). Then, when the proposed electric drive is in braking mode and in dynamic braking mode during reverse, the current circuit consumed by the
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. Thus, compared with the prototype, the effectiveness of the proposed reversible valve actuator is to improve energy performance and increase reliability during operation in transient and braking modes, obtained by the formation of the control law of the
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1132329, кл. H 02 K 29/02, 1984, Б.И. N 48.Sources of information
1. Copyright certificate of the USSR N 1132329, cl. H 02
2. Авторское свидетельство СССР N 1390764, кл. H 02 P 6/02, H 02 K 29/06, 1988, Б.И. N 15. 2. Copyright certificate of the USSR N 1390764, cl. H 02
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99102488A RU2142193C1 (en) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | Valve-type reversing electric drive |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99102488A RU2142193C1 (en) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | Valve-type reversing electric drive |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2142193C1 true RU2142193C1 (en) | 1999-11-27 |
Family
ID=20215644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99102488A RU2142193C1 (en) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | Valve-type reversing electric drive |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2142193C1 (en) |
-
1999
- 1999-02-09 RU RU99102488A patent/RU2142193C1/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6528968B2 (en) | Brushless-motor driver in PWM mode | |
| US7554279B2 (en) | Method for operating an electronically commutated motor, and motor for carrying out a method such as this | |
| KR20060105181A (en) | A switched reluctance generator with enhanced generating efficiency at low speed | |
| US5289099A (en) | Direct current motor | |
| JP3400951B2 (en) | Switch type reluctance motor and its driving circuit | |
| JP2008271612A (en) | Motor control circuit | |
| US6870344B2 (en) | Motor control system | |
| US5510688A (en) | Driving system and method for electronically commutated multi-speed motors | |
| RU2142193C1 (en) | Valve-type reversing electric drive | |
| CN109578310B (en) | Fan rotating speed control circuit | |
| Ates et al. | Sliding mode control of a switched reluctance motor drive with four-switch Bi-Directional DC-DC converter for torque ripple minimization | |
| US20030190161A1 (en) | Method for controlling an electronically commutated dc motor | |
| US20030234626A1 (en) | Method and regulator based on peak current control for electric machines | |
| JP5327667B2 (en) | Stepping motor driving apparatus and stepping motor driving method | |
| Husain | Switched reluctance machines | |
| JP2782578B2 (en) | Drive circuit for switched reluctance motor | |
| Deshmukh et al. | Speed control of separately excited DC motor using chopper | |
| KR0132503B1 (en) | Driving circuit of switch drillreluctance motor | |
| Joy et al. | Performance comparison of a canonical switching cell converter fed sensorless PMBLDC motor drive with conventional and fuzzy logic controllers | |
| Alagur et al. | Speed Control of Induction Motor by V/F Method Using Fuzzy Technique | |
| KR102226615B1 (en) | Operation method of motor system comprising switched reluctance motor | |
| KR0123002Y1 (en) | Braking circuit of an induction motor | |
| RU2085019C1 (en) | Induction motor speed governor | |
| Ravindaran et al. | Performance Evaluation of Pole Arc Modified SRM and Optimization of Energy Loss Using Fuzzy Logic | |
| JPH02123998A (en) | Driving gear for variable reluctance motor |