ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ РЕВЕРСОР СЕРИЕСНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ

Предлагаемая полезная модель относится к полупроводниковым реверсорам сериесных электродвигателей, включенных в однофазную питающую сеть переменного тока, и может быть использована для осуществления реверса сериесных электродвигателей за счет изменения направления тока в обмотке якоря электродвигателя.
Известен полупроводниковый управляемый регулятор скорости коллекторного электродвигателя, содержащий полупроводниковый ключ, соединенный с фазой и якорем электродвигателя, второй вывод которого через обмотку возбуждения электродвигателя подключен к нулю питающей сети. В качестве полупроводникового ключа использованы подключенные встречно-параллельно тиристоры, один из которых подсоединен анодом к якорю электродвигателя и катодом соединен с фазой однофазной питающей сети, а другой катодом подсоединен к якорю электродвигателя и анодом связан с к фазой однофазной питающей сети, или симистор, один выход которого соединен с фазой однофазной питающей сети, а другой выход соединен с якорем, или подключенные встречно-параллельно транзисторы, один из которых эмиттером соединен с фазой однофазной питающей сети, а коллектором связан с якорем электродвигателя, а другой коллектором соединен с фазой однофазной питающей сети, а эмиттером связан с якорем (патент RU 91237, МПК H02P 25/10 (2006.01), H02P 25/14 (2006.01)).
Основным недостатком описанного полупроводникового управляемого регулятора скорости коллекторного электродвигателя является отсутствие возможности осуществления реверса электродвигателя, так как управляемый полупроводниковый ключ, в качестве которого использован тиристор, или симистор, или транзистор, предназначен только для пропускания переменного тока и регулирования подачи переменного напряжения.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) - обеспечение реверса электродвигателя - является полупроводниковый реверсивный коммутатор сериесного электродвигателя последовательного возбуждения, содержащий первый и второй полупроводниковые ключи, объединенные первые выводы которых связаны через обмотку возбуждения электродвигателя с первым выводом питающей сети, третий полупроводниковый ключ, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого полупроводникового ключа, связанным с первым выводом обмотки якоря электродвигателя, четвертый полупроводниковый ключ, первый вывод которого соединен со вторым выводом второго полупроводникового ключа, связанным со вторым выводом обмотки якоря электродвигателя. Объединенные вторые выводы третьего и четвертого полупроводниковых ключей, подсоединены ко второму выводу питающей сети. В качестве первого, второго, третьего и четвертого полупроводниковых ключей использованы первый, второй, третий и четвертый полупроводниковые диоды, но при обязательной предварительной перемене полярности постоянного источника питания. Изменение направления тока обмотки возбуждения электродвигателя происходит при смене полярности подаваемого напряжения. В качестве питающей сети использована однофазная питающая сеть постоянного тока с дополнительным внешним переключением полярности для питания электропривода сериесного электродвигателя (Каган В.Г. Полупроводниковые системы с двигателями последовательного возбуждения / В.Г. Каган. - М.: Энергия, 1971. - С. 42, рис. 19-б).
Основными недостатками описанного полупроводникового реверсивного коммутатора сериесного электродвигателя последовательного возбуждения являются отсутствие возможности автоматической регулировки направления вращения электродвигателя вследствие наличия постоянного тока, полярность которого необходимо изменять дополнительными внешними силовыми реверсивными коммутаторами, отсутствие возможности регулировки скорости вращения электродвигателя вследствие использования неуправляемых полупроводниковых диодов, а также повышенные габариты вследствие необходимости использования выпрямителя переменного тока для преобразования переменного тока в постоянный ток, как источника питания установки.
Предлагаемой полезной моделью решается задача обеспечения реверса сериесного электродвигателя, питающегося однофазным переменным током, при отсутствии использования дополнительных выпрямительных силовых коммутаторов, плавного регулирования скорости вращения электродвигателя путем управления углом открытия силовых симисторов и уменьшения габаритов установки.
Для решения поставленной задачи в полупроводниковом управляемом реверсоре сериесного электродвигателя на переменном токе, содержащем первый и второй полупроводниковые ключи, объединенные первые выводы которых связаны через обмотку возбуждения электродвигателя с первым выводом питающей сети, третий полупроводниковый ключ, первый вывод которого соединен со вторым выводом первого полупроводникового ключа, связанным с первым выводом обмотки якоря электродвигателя, четвертый полупроводниковый ключ, первый вывод которого соединен со вторым выводом второго полупроводникового ключа, связанным со вторым выводом обмотки якоря электродвигателя, при этом объединенные вторые выводы третьего и четвертого полупроводниковых ключей подсоединены ко второму выводу питающей сети, согласно полезной модели в качестве первого, второго, третьего и четвертого полупроводниковых ключей использованы первый, второй, третий и четвертый симисторы соответственно, а в качестве питающей сети использована однофазная питающая сеть переменного тока. При этом объединенные первые выводы первого и второго полупроводниковых ключей связаны через обмотку возбуждения электродвигателя с фазой однофазной питающей сети переменного тока, а объединенные вторые выводы третьего и четвертого полупроводниковых ключей подсоединены к нулю однофазной питающей сети переменного тока.
Обеспечение реверса сериесного электродвигателя, питающегося однофазным переменным током, обусловлено использованием в качестве полупроводниковых ключей симисторов, а в качестве питающей сети - однофазной питающей сети переменного тока.
Обеспечение плавного регулирования скорости вращения электродвигателя обусловлено изменением угла открытия симисторов, что позволяет изменять величину подаваемого напряжения на обмотку якоря электродвигателя и тем самым изменять скорость вращения электродвигателя.
Уменьшение габаритов установки обусловлено использованием в качестве питающей сети однофазной сети переменного тока при отсутствии необходимости дополнительного применения выпрямителя переменного тока для преобразования переменного тока в постоянный ток.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где приведена принципиальная электрическая схема полупроводникового управляемого реверсора сериесного электродвигателя на переменном токе.
Кроме того, на чертеже дополнительно изображено следующее:
- Ф - фаза;
- 0 - ноль;
- VS1-VS4 - симисторы;
- ОВД - обмотка возбуждения сериесного электродвигателя;
- Я - якорь сериесного электродвигателя;
- горизонтальной сплошной одинарной линией со стрелкой, обращенной слева направо, показано положительное направление переменного тока в обмотке возбуждения электродвигателя при работе электродвигателя в прямом направлении;
- горизонтальной пунктирной одинарной линей со стрелкой, обращенной справа налево, показано отрицательное направление переменного тока в обмотке возбуждения электродвигателя при работе электродвигателя в прямом направлении;
- вертикальной сплошной фигурной линией со стрелкой, обращенной снизу вверх, показано положительное направление переменного тока в обмотке якоря электродвигателя при работе электродвигателя в обратном направлении;
- горизонтальной пунктирной фигурной линей со стрелкой, обращенной справа налево, показано отрицательное направление переменного тока в обмотке возбуждения электродвигателя при работе электродвигателя в обратном направлении;
- горизонтальной сплошной фигурной линей со стрелкой, обращенной слева направо, показано положительное направление переменного тока в обмотке возбуждения электродвигателя при работе электродвигателя в обратном направлении;
- вертикальной сплошной одинарной линией со стрелкой, обращенной сверху вниз, показано положительное направление переменного тока в обмотке якоря электродвигателя при работе электродвигателя в прямом направлении;
- вертикальной пунктирной одинарной линией со стрелкой, обращенной снизу вверх, показано отрицательное направление переменного тока в обмотке якоря электродвигателя при работе электродвигателя в прямом направлении;
- вертикальной пунктирной фигурной линией со стрелкой, обращенной сверху вниз, показано отрицательное направление переменного тока в обмотке якоря электродвигателя при работе электродвигателя в обратном направлении.
Полупроводниковый управляемый реверсор сериесного электродвигателя на переменном токе содержит четыре полупроводниковых ключа, в качестве которых использованы четыре симистора. В качестве питающей сети использована однофазная питающая сеть переменного тока.
Первый вывод 1 обмотки возбуждения электродвигателя подсоединен к фазе однофазной питающей сети переменного тока, второй вывод 2 обмотки возбуждения электродвигателя соединен с первым выводом 3 первого полупроводникового ключа 4 (VS1), в качестве которого использован первый симистор, и с первым выводом 5 второго полупроводникового ключа 6 (VS2), в качестве которого использован второй симистор. Таким образом, объединенные первые выводы 3 и 5 первого полупроводникового ключа 4 (VS1) и второго полупроводникового ключа 6 (VS2) соответственно связаны через обмотку возбуждения электродвигателя с первым выводом однофазной питающей сети переменного тока, то есть с фазой.
Второй вывод 7 первого полупроводникового ключа 4 (VS1) соединен с первым выводом 8 третьего полупроводникового ключа 9 (VS3), в качестве которого использован третий симистор, и подсоединен к первому выводу 10 обмотки якоря электродвигателя.
Второй вывод 11 второго полупроводникового ключа 6 (VS2) соединен с первым выводом 12 четвертого полупроводникового ключа 13 (VS4), в качестве которого использован четвертый симистор, и подсоединен ко второму выводу 14 обмотки якоря электродвигателя.
Второй вывод 15 третьего полупроводникового ключа 9 (VS3) и второй вывод 16 четвертого полупроводникового ключа 13 (VS4) подсоединены к нулю однофазной питающей сети переменного тока. Таким образом, объединенные вторые выводы 15 и 16 третьего полупроводникового ключа 9 (VS3) и четвертого полупроводникового ключа 13 (VS4) подсоединены ко второму выводу однофазной питающей сети переменного тока, то есть к нулю однофазной питающей сети переменного тока.
Работа полупроводникового управляемого реверсора сериесного электродвигателя на переменном токе происходит следующим образом.
При работе электродвигателя в прямом направлении ток протекает через первый полупроводниковый ключ 4 (VS1) и четвертый полупроводниковый ключ 13 (VS4). В положительную полуволну открываются первый полупроводниковый ключ 4 (VS1) и четвертый полупроводниковый ключ 13 (VS4), ток протекает от фазы питающей сети по обмотке возбуждения электродвигателя в направлении, показанном горизонтальной сплошной одинарной линией со стрелкой, обращенной слева направо, через первый полупроводниковый ключ 4 (VS1) и четвертый полупроводниковый ключ 13 (VS4) по обмотке якоря двигателя, к нулю однофазной питающей сети переменного тока. В отрицательную полуволну ток протекает от нуля однофазной питающей сети переменного тока по обмотке якоря электродвигателя через четвертый полупроводниковый ключ 13 (VS4) и первый полупроводниковый ключ 4 (VS1), по обмотке возбуждения электродвигателя в направлении, показанном горизонтальной пунктирной одинарной линией со стрелкой, обращенной справа налево, к фазе однофазной питающей сети переменного тока.
При работе электродвигателя в обратном направлении первый полупроводниковый ключ 4 (VS1) и четвертый полупроводниковый ключ 13 (VS4) закрываются, и ток протекает через второй полупроводниковый ключ 6 (VS2) и третий полупроводниковый ключ 9 (VS3). В положительную полуволну открываются второй полупроводниковый ключ 6 (VS2) и третий полупроводниковый ключ 9 (VS3), ток протекает от фазы однофазной питающей сети переменного тока по обмотке возбуждения электродвигателя через второй полупроводниковый ключ 6 (VS2) и третий полупроводниковый ключ 9 (VS3), по обмотке якоря двигателя в направлении, показанном вертикальной сплошной фигурной линией со стрелкой, обращенной снизу вверх, к нулю однофазной питающей сети переменного тока. В отрицательную полуволну ток протекает от нуля питающей сети по обмотке якоря электродвигателя через третий полупроводниковый ключ 9 (VS3) и второй полупроводниковый ключ 6 (VS2), по обмотке возбуждения электродвигателя в направлении, показанном горизонтальной пунктирной фигурной линией со стрелкой, обращенной справа налево, к фазе однофазной питающей сети переменного тока.
Меняя угол открытия первого, второго, третьего и четвертого симисторов можно менять величину подаваемого напряжения на обмотку якоря электродвигателя и тем самым изменять скорость вращения электродвигателя.
Таким образом, на основании изложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемая полезная модель имеет преимущества по сравнению с прототипом, обеспечивая реверс сериесного электродвигателя, питающегося однофазным переменным током, без использования дополнительных силовых коммутаторов, возможность плавного регулирования скорости вращения электродвигателя путем использования силовых симисторов, уменьшение габаритов и, следовательно, повышение экономичности.