Полупроводниковое устройство управления однофазным двухобмоточным асинхронным электродвигателем

Предлагаемая полезная модель относится к преобразователям частоты, ведомым однофазной сетью переменного тока, и может быть использована в регулируемом электроприводе переменного тока для управления питающимися от однофазной сети переменного тока однофазными двухобмоточными асинхронными электродвигателями.
Известно устройство пуска однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя, в котором в качестве фазосмещающего элемента для создания вращающегося магнитного поля статора использован конденсатор в одной из статорных обмоток двухобмоточного асинхронного электродвигателя. Первый выход первой статорной обмотки соединен с нулевым проводом питающей сети. Второй выход первой статорной обмотки соединен с первым выходом второй статорной обмотки и с фазовым проводом питающей сети. Второй выход второй статорной обмотки соединен с первой обкладкой конденсатора. Вторая обкладка конденсатора соединена с нулевым проводом питающей сети (Вольдек А.И. Электрические машины / М.: Энергия, 1974. - С. 611, рис. 30-6,б).
Однако описанное устройство пуска однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя с использованием конденсаторного сдвига в одной из статорных обмоток имеет следующие недостатки: необходимость использования бумажных конденсаторов большой емкости для пуска, отсутствие возможности регулирования скорости электродвигателя.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является полупроводниковое устройство регулирования скорости однофазного двухобмоточного асинхронного двигателя, с помощью которого осуществляется регулирование частоты вращающегося магнитного поля. Данное устройство содержит два реверсивных полупроводниковых коммутатора, питающиеся от сети однофазного переменного тока, которые предназначены для подключения к нагрузке, представляющей собой статорные обмотки однофазного двухобмоточного асинхронного двигателя. Каждый из реверсивных полупроводниковых коммутаторов содержит по два биполярных транзистора. Коллекторы нечетных транзисторов и эмиттеры четных транзисторов каждого полупроводникового коммутатора подключены к фазовому проводу сети однофазного переменного тока. Эмиттеры нечетных транзисторов соединены с коллекторами четных транзисторов. Общая точка соединения нечетного и четного транзисторов первого полупроводникового коммутатора предназначена для подключения к первому выходу первой статорной обмотки. Общая точка соединения нечетного и четного транзисторов второго полупроводникового коммутатора предназначена для подключения к первому выходу второй статорной обмотки. Объединенные вторые выходы статорных обмоток соединены с нулевым проводом сети однофазного переменного тока (патент RU 2420857, МПК Н02Р 1/42 (2006.01), Н02Р 25/04 (2006.01), Н02Р 27/04 (2006.01)).
Основным недостатком описанного устройства является низкая надежность вследствие электрической связи цепи управления биполярными транзисторами в полупроводниковых коммутаторах и силовой цепью и, как следствие, опасность замыкания между цепью управления биполярными транзисторами в реверсивных полупроводниковых коммутаторах и силовой цепью.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, заключается в создании полупроводникового устройства управления однофазным двухобмоточным асинхронным электродвигателем повышенной надежности.
Решение этой технической проблемы достигается тем, что полупроводниковое устройство управления однофазным двухобмоточным асинхронным электродвигателем, содержащее два реверсивных полупроводниковых коммутатора на биполярных транзисторах, питающиеся от сети однофазного переменного тока, предназначенные для подключения к нагрузке, представляющей собой статорные обмотки однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя, причем общая точка соединения нечетного и четного транзисторов первого полупроводникового коммутатора предназначена для подключения к первому выходу первой статорной обмотки, а общая точка соединения нечетного и четного транзисторов второго полупроводникового коммутатора предназначена для подключения к первому выходу второй статорной обмотки, эмиттеры четных транзисторов первого и второго полупроводниковых коммутаторов подключены к фазовому проводу сети однофазного переменного тока, согласно полезной модели снабжено третьим и четвертым реверсивными полупроводниковыми коммутаторами. Каждый из четырех полупроводниковых коммутаторов выполнен на биполярных транзисторах различной проводимости. В третьем и четвертом полупроводниковых коммутаторов эмиттеры транзисторов объединены и подключены к нулевому проводу сети однофазного переменного тока. Коллекторы транзисторов в первом и втором полупроводниковых коммутаторах объединены и предназначены для подключения к первым выходам первой и второй статорных обмоток соответственно. Коллекторы транзисторов в третьем и четвертом полупроводниковых коммутаторах объединены и предназначены для подключения к вторым выходам первой и второй статорных обмоток соответственно. Базы транзисторов различной проводимости противоположных коммутаторов, коммутирующих одну статорную обмотку, соединены через оптрон.
Повышение надежности полупроводникового устройства управления однофазным двухобмоточным асинхронным электродвигателем обусловлено изолированием силовой цепи более высокого напряжения от цепи управления более низкого напряжения биполярными транзисторами в полупроводниковых коммутаторах с помощью оптронов, то есть устранением электрической связи системы управления транзисторами в полупроводниковых коммутаторах и силовой части, что, как следствие, приводит к исключению возможности замыкания между силовой частью и системой управления биполярными транзисторами.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого полупроводникового устройства управления однофазным двухобмоточным асинхронным электродвигателем; на фиг. 2 - векторная диаграмма вращения магнитного потока поля статора, состоящего из шести фиксированных положений; на фиг. 3 - векторная диаграмма вращения магнитного потока поля статора, состоящего из четырех фиксированных положений; на фиг. 4 - векторная диаграмма вращения магнитного потока поля статора, состоящего из трех фиксированных положений; на фиг. 5 показано протекание тока по статорным обмоткам в разные моменты времени, а также пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 2, при вращении по часовой стрелке; на фиг. 6 показано протекание тока по статорным обмоткам в разные моменты времени, а также пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 2, при вращении против часовой стрелки; на фиг. 7 показано протекание тока по статорным обмоткам в разные моменты времени, а также пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 3, при вращении по часовой стрелке; на фиг. 8 показано протекание тока по статорным обмоткам в разные моменты времени, а также пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 3, при вращении против часовой стрелки; на фиг. 9 показано протекание тока по статорным обмоткам в разные моменты времени, а также пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 4, при вращении по часовой стрелке; на фиг. 10 показано протекание тока по статорным обмоткам разные моменты времени, а также пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 4, при вращении против часовой стрелки; на фиг. 11 показано протекание тока по статорным обмоткам в разные моменты времени, а также пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 4, с уменьшенной в два раза частотой при вращении по часовой стрелке; на фиг. 12 показано протекание тока по статорным обмоткам в разные моменты времени, а также пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 4, с уменьшенной в два раза частотой при вращении против часовой стрелки; на фиг. 13 показано протекание тока по статорным обмоткам в разные моменты времени, а так- же пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 2, с уменьшенной в два раза частотой при вращении по часовой стрелке.
Кроме того, на чертеже изображены следующие элементы:
сети
- U~ - напряжение, поступающее от источника питания переменного напряжения;
- t - текущее время;
- t1-t7 - промежутки времени работы транзисторов;
- Ф - фаза;
- 0 - ноль;
- С1-С4 - выходы статорных обмоток однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя;
- L1, L2 - статорные обмотки однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя;
- VT1-VT8 - транзисторы;
- U1-U4 - оптроны;
- K1-K4 - реверсивные полупроводниковые коммутаторы;
- I, II, III, IV, V, VI, - последовательные фиксированные положения вектора магнитного потока вращающегося поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя;
- прямые линии со стрелками - направления магнитного потока в соответствующих статорных обмотках;
- дуговые пунктирные линии со стрелками - направление вращения магнитного потока в статорных обмотках против часовой стрелки;
- дуговые сплошные линии со стрелками - направление вращения магнитного потока в статорных обмотках по часовой стрелке.
Полупроводниковое устройство управления однофазным двухобмоточным асинхронным электродвигателем содержит четыре реверсивных полупроводниковых коммутатора, каждый из которых выполнен на четном и нечетном биполярных транзисторах различной проводимости, питающиеся от сети однофазного переменного тока, предназначенные для подключения к нагрузке, представляющей собой статорные обмотки однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя. Транзисторы управляются с помощью оптронов. Общая точка соединения нечетного и четного транзисторов первого полупроводникового коммутатора предназначена для подключения к первому выходу первой статорной обмотки. Общая точка соединения нечетного и четного транзисторов второго полупроводникового коммутатора предназначена для подключения к первому выходу второй статорной обмотки. Общая точка соединения нечетного и четного транзисторов третьего полупроводникового коммутатора предназначена для подключения ко второму выходу первой статорной обмотки. Общая точка соединения нечетного и четного транзисторов четвертого полупроводникового коммутатора предназначена для подключения к второму выходу второй статорной обмотки.
Первый реверсивный полупроводниковый коммутатор 1 (K1) выполнен на p-n-p нечетном биполярном транзисторе 2 (VT1) и n-p-n четном биполярном транзисторе 3 (VT2). Эмиттеры транзистора 2 (VT1) и транзистора 3 (VT2) объединены, и общая точка 4 соединения эмиттеров транзистора 2 (VT1) и транзистора 3 (VT2) подключена к фазовому проводу сети однофазного переменного тока. Коллекторы транзистора 2 (VT1) и транзистора 3 (VT2) объединены, и общая точка 5 соединения коллекторов транзистора 2 (VT1) и транзистора 3 (VT2) биполярных предназначена для подключения к первому выходу 6 (С1) первой статорной обмотки 7 (L1) однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя. Таким образом, общая точка 5 соединения нечетного транзистора 2 (VT1) и четного транзистора 3 (VT2) первого полупроводникового коммутатора 1 (K1) предназначена для подключения к первому выходу 6 (С1) первой статорной обмотки 7 (L1). База p-n-p биполярного транзистора 2 (VT1) подключена к оптрону 8 (U1), а база n-p-n биполярного транзистора 3 (VT2) подключена к оптрону 9 (U2).
Второй реверсивный полупроводниковый коммутатор 10 (K2) выполнен на p-n-p нечетном биполярном транзисторе 11 (VT3) и n-p-n четном биполярном транзисторе 12 (VT4). Эмиттеры транзистора 11 (VT3) и транзистора 12 (VT4) объединены, и общая точка 13 соединения эмиттеров транзистора 11 (VT3) и транзистора 12 (VT4) подключена к фазовому проводу сети однофазного переменного тока. Коллекторы транзистора 11 (VT3) и транзистора 12 (VT4) объединены, и общая точка 14 соединения коллекторов транзистора 11 (VT3) и транзистора 12 (VT4) предназначена для подключения к первому выходу 15 (С2) второй статорной обмотки 16 (L2) однофазного двухобмоточного асинхронного двигателя. Таким образом, общая точка 14 соединения нечетного транзистора 11 (VT3) и четного транзистора 12 (VT4) второго полупроводникового коммутатора 10 (K2) предназначена для подключения к первому выходу 15 (С2) второй статорной обмотки 16 (L2). База p-n-p биполярного транзистора 11 (VT3) подключена к оптрону 17 (U3), а база n-p-n биполярного транзистора 12 (VT4) подключена к оптрону 18 (U4).
Третий реверсивный полупроводниковый коммутатор 19 (K3) выполнен на n-p-n нечетном биполярном транзисторе 20 (VT5) и p-n-p четном биполярном транзисторе 21 (VT6). Эмиттеры транзистора 20 (VT5) и транзистора 21 (VT6) объединены, и общая точка 22 соединения эмиттеров транзистора 20 (VT5) и транзистора 21 (VT6) подключена к нулевому проводу сети однофазного переменного тока. Коллекторы транзистора 20 (VT5) и транзистора 21 (VT6) объединены, и общая точка 23 соединения коллекторов транзистора 20 (VT5) и транзистора 21 (VT6) предназначена для подключения ко второму выходу 24 (С3) первой статорной обмотки 7 (L1) однофазного двухобмоточного асинхронного двигателя. Таким образом, общая точка 23 соединения нечетного транзистора 20 (VT5) и четного транзистора 21 (VT6) третьего полупроводникового коммутатора 19 (K3) предназначена для подключения ко второму выходу 24 (С3) первой статорной обмотки 7 (L1). База n-p-n биполярного транзистора 20 (VT5) подключена к оптрону 8 (U1), а база p-n-p биполярного транзистора 21 (VT6) подключена к оптрону 9 (U2).
Четвертый реверсивный полупроводниковый коммутатор 25 (K4) выполнен на n-p-n нечетном биполярном транзисторе 26 (VT7) и p-n-p четном биполярном транзисторе 27 (VT8). Эмиттеры транзистора 26 (VT7) и транзистора 27 (VT8) объединены, и общая точка 28 соединения эмиттеров транзистора 26 (VT7) и транзистора 27 (VT8) подключена к нулевому проводу сети однофазного переменного тока. Коллекторы транзистора 26 (VT7) и транзистора 27 (VT8) объединены, и общая точка 29 соединения коллекторов транзистора 26 (VT7) и транзистора 27 (VT8) предназначена для подключения ко второму выходу 30 (С4) второй статорной обмотки 16 (L2) однофазного двухобмоточного асинхронного двигателя. Таким образом, общая точка 29 соединения нечетного транзистора 26 (VT7) и четного транзистора 27 (VT8) четвертого полупроводникового коммутатора 25 (K4) предназначена для подключения ко второму выходу 30 (С4) второй статорной обмотки 16 (L2). База n-p-n биполярного транзистора 26 (VT7) подключена к оптрону 17 (U3), а база p-n-p биполярного транзистора 27 (VT8) подключена к оптрону 18 (U4).
Следовательно, базы n-p-n транзистора 3 (VT2) и p-n-p транзистора 21 (VT6) различной проводимости соединены через оптрон 9 (U2), базы p-n-p транзистора 2 (VT1) и n-p-n транзистора 20 (VT5) различной проводимости соединены через оптрон 8 (U1), базы n-p-n транзистора 12 (VT4) и p-n-p транзистора 27 (VT8) различной проводимости соединены через оптрон 18 (U4), а базы p-n-p транзистора 11 (VT3) и n-p-n транзистора 26 (VT7) различной проводимости соединены через оптрон 17(U3).
Полупроводниковое устройство управления однофазным двухобмоточным асинхронным электродвигателем работает следующим образом.
Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 2), в последовательности I-II-III-IV-V-VI, необходимо подавать управляющие сигналы с помощью оптронов 8 (U1), 9 (U2), 17 (U3), 18 (U4) на транзисторы 2 (VT1), 3 (VT2), 11 (VT3), 12 (VT4), 20 (VT5), 21 (VT6), 26 (VT7), 27 (VT8) в следующем порядке (фиг. 5):
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от 0 до t1, включается и работает оптрон 8 (U1), при этом включаются транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5), обеспечивая I фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вверх в показанном стрелкой направлении;
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от t1 до t2 включается и работает оптрон 17 (U3), при этом включаются транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7), остаются включенными оптрон 8 (U1), транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5), обеспечивая II фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмоткам 7 (L1) вверх и 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от t2 до t3, выключается оптрон 8 (U1), транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5) выключаются, а оптрон 17 (U3), транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7) продолжают работать, обеспечивая III фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t3 до t4, включается и работает оптрон 9 (U2), при этом включаются транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6), обеспечивая IV фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вниз в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t4 до t5, включается и работает оптрон 18 (U4), при этом включаются транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8), остаются включенными оптрон 9 (U2), транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6), обеспечивая V фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмоткам 7 (L1) вниз и 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t5 до t6, выключается оптрон 9 (U2), транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6) выключаются, а оптрон 18 (U4), транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8) продолжают работать, обеспечивая VI фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении.
Далее, начиная с t6, цикл включения оптронов и транзисторов повторяется, обеспечивая вращение поля статора по часовой стрелке. При этом один оборот вращающееся поле статора делает за один период питающей сети, то есть частота fc вращения поля статора составляет 50 Гц.
Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 2), в последовательности III-II-I-VI-V-IV, необходимо подавать управляющие сигналы с помощью оптронов 8 (U1), 9 (U2), 17 (U3), 18 (U4) на транзисторы 2 (VT1), 3 (VT2), 11 (VT3), 12 (VT4), 20 (VT5), 21 (VT6), 26 (VT7), 27 (VT8) в следующем порядке (фиг. 6):
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от 0 до t1, включается и работает оптрон 17 (U3), при этом включаются транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7), обеспечивая III фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от t1 до t2, включается и работает оптрон 8 (U1), при этом включаются транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5), остаются включенными оптрон 17 (U3), транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7), обеспечивая II фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмоткам 7 (L1) вверх и 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от t2 до t3, выключается оптрон 17 (U3), транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7) выключаются, а оптрон 8 (U1), транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5) продолжают работать, обеспечивая I фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вверх в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t3 до t4, включается и работает оптрон 18 (U4), при этом включаются транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8), обеспечивая VI фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t4 до t5, включается и работает оптрон 9 (U2), при этом включаются транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6), остаются включенными оптрон 18 (U4), транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8), обеспечивая V фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмоткам 7 (L1) вниз и 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t5 до t6, выключается оптрон 18 (U4), транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8) выключаются, а оптрон 9 (U2), транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6) продолжают работать, обеспечивая IV фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вниз в показанном стрелками направлении.
Далее начиная с t6, цикл включения оптронов и транзисторов повторяется, обеспечивая вращение поля статора против часовой стрелки. При этом один оборот вращающее поле статора делает за один период питающей сети, то есть частота fc вращения поля статора составляет 50 Гц.
Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 3), в последовательности I-II-III-IV, необходимо подавать управляющие сигналы с помощью оптронов U1-U4 на транзисторы VT1-VT8 в следующем порядке (фиг. 7):
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от 0 до t1, включается и работает оптрон 8 (U1), при этом включаются транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5), обеспечивая I фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вверх в показанном стрелками направлении;
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от t1 до t2, выключается оптрон 8 (U1), транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5) выключаются, а оптрон 17 (U3), транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7) включаются, обеспечивая II фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t2 до t3, включается и работает оптрон 9 (U2), при этом включаются транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6), обеспечивая III фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вниз в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t3 до t4, выключается оптрон 9 (U2), транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6) выключаются, а оптрон 18 (U4), транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8) включаются, обеспечивая IV фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении.
Далее начиная с t4, цикл включения оптронов и транзисторов повторяется, обеспечивая вращение поля статора по часовой стрелке. При этом один оборот вращающее поле статора делает за один период питающей сети, то есть частота fc вращения поля статора составляет 50 Гц.
Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 3), в последовательности II-I-IV-III, необходимо подавать управляющие сигналы с помощью оптронов 8 (U1), 9 (U2), 17 (U3), 18 (U4) на транзисторы 2 (VT1), 3 (VT2), 11 (VT3), 12 (VT4), 20 (VT5), 21 (VT6), 26 (VT7), 27 (VT8) в следующем порядке (фиг. 8):
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от 0 до t1, включается и работает оптрон 17 (U3), при этом включаются транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7), обеспечивая II фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от t1 до t2, выключается оптрон 17 (U3), транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7) выключаются, а оптрон 8 (U1), транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5) включаются, обеспечивая I фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вверх в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t2 до t3, включается и работает оптрон 18 (U4), при этом включаются транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8), обеспечивая IV фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t3 до t4, выключается оптрон 18 (U4), транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8) выключаются, а оптрон 9 (U2), транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6) включаются, обеспечивая III фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вниз в показанном стрелками направлении.
Далее начиная с t4, цикл включения оптронов и транзисторов повторяется, обеспечивая вращение поля статора против часовой стрелки. При этом один оборот вращающее поле статора делает за один период питающей сети, то есть частота fc вращения поля статора составляет 50 Гц.
Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 4), в последовательности I-II-III, необходимо подавать управляющие сигналы с помощью оптронов U1-U4 на транзисторы VT1-VT8 в следующем порядке (фиг. 9):
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от 0 до t1, включаются оптрон 8 (U1), транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5), оптрон 17 (U3), транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7), обеспечивая I фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмоткам 7 (L1) вверх и 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t1 до t2, включается и работает оптрон 9 (U2), при этом включаются транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6), обеспечивая II фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вниз в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t2 до t3, выключается оптрон 9 (U2), транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6), включается оптрон 18 (U4), транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8), обеспечивая III фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении.
Далее, начиная с t3, цикл включения оптронов и транзисторов повторяется, обеспечивая вращение поля статора по часовой стрелке. При этом один оборот вращающее поле статора делает за один период питающей сети, то есть частота fc вращения поля статора составляет 50 Гц.
Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 4), в последовательности I-III-II, необходимо подавать управляющие сигналы с помощью оптронов 8 (U1), 9 (U2), 17(U3), 18 (U4) на транзисторы 2 (VT1), 3 (VT2), 11 (VT3), 12 (VT4), 20 (VT5), 21 (VT6), 26 (VT7), 27 (VT8) в следующем порядке (фиг. 10):
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от 0 до t1, включается оптрон 8 (U1), транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5), оптрон 17 (U3), транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7), обеспечивая I фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмоткам 7 (L1) вверх и 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t1 до t2, включается и работает оптрон 18 (U4), при этом включаются транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8), обеспечивая III фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t2 до t3, выключается оптрон 18 (U4), транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8), включается оптрон 9 (U2), транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6), обеспечивая II фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вниз в показанном стрелками направлении.
Далее, начиная с t3, цикл включения оптронов и транзисторов повторяется, обеспечивая вращение поля статора против часовой стрелки. При этом один оборот вращающее поле статора делает за один период питающей сети, то есть частота fc вращения поля статора составляет 50 Гц.
Для обеспечения вращения с уменьшенной частотой вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 4), в последовательности I-II-III, необходимо подавать управляющие сигналы с помощью оптронов 8 (U1), 9 (U2), 17 (U3), 18 (U4) на транзисторы 2 (VT1), 3 (VT2), 11 (VT3), 12 (VT4), 20 (VT5), 21 (VT6), 26 (VT7), 27 (VT8) в следующем порядке (фиг. 11):
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от 0 до t1, включается и работает оптрон 8 (U1), транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5), оптрон 17 (U3), транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7), обеспечивая I фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмоткам 7 (L1) вверх и 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t1 до t2, включается и работает оптрон 9 (U2), при этом включаются транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6), обеспечивая II фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вниз в показанном стрелками направлении;
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от t2 до t3, все оптроны и транзисторы выключены;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t3 до t4, включается и работает оптрон 18 (U4), при этом включаются транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8), обеспечивая III фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении.
Далее, начиная с t4, цикл включения оптронов и транзисторов повторяется, обеспечивая вращение поля статора по часовой стрелке. При этом один оборот вращающее поле статора делает за два периода питающей сети, то есть частота fc вращения поля статора составляет 25 Гц.
Для обеспечения вращения с уменьшенной частотой вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 4), в последовательности I-III-II, необходимо подавать управляющие сигналы с помощью оптронов 8 (U1), 9 (U2), 17 (U3), 18 (U4) на транзисторы 2 (VT1), 3 (VT2), 11 (VT3), 12 (VT4), 20 (VT5), 21 (VT6), 26 (VT7), 27 (VT8) в следующем порядке (фиг. 12):
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от 0 до t1, включается и работает оптрон 8 (U1), транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5), оптрон 17 (U3), транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7), обеспечивая I фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмоткам 7 (L1) вверх и 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t1 до t2, включается и работает оптрон 18 (U4), при этом включаются транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8), обеспечивая III фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении.
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от t2 до t3, все оптроны и транзисторы выключены;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t3 до t4, включается и работает оптрон 9 (U2), при этом включаются транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6), обеспечивая II фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вниз в показанном стрелками направлении;
Далее, начиная с t4, цикл включения оптронов и транзисторов повторяется, обеспечивая вращение поля статора против часовой стрелки. При этом один оборот вращающее поле статора сделает за два периода питающей сети, то есть частота fc вращения поля статора составляет 25 Гц.
Аналогичным образом, пропуская соответствующие полупериоды питающего напряжения, можно понижать частоту питающего напряжения и для других вариантов вращения поля статора.
К примеру, для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой (фиг. 2), в последовательности I-II-III-IV-V-VI с уменьшенной в два раза частотой, необходимо подавать управляющие сигналы с помощью оптронов 8 (U1), 9 (U2), 17 (U3), 18 (U4) на транзисторы 2 (VT1), 3 (VT2), 11 (VT3), 12 (VT4), 20 (VT5), 21 (VT6), 26 (VT7), 27 (VT8) в следующем порядке (фиг. 13):
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от 0 до t1, включается и работает оптрон 8 (U1), при этом включаются транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5), обеспечивая I фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вверх в показанном стрелками направлении;
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от t1 до t2, включается и работает оптрон 17 (U3), при этом включаются транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7), остаются включенными оптрон 8 (U1), транзисторы 2 (VT1) и 20 (VT5), обеспечивая II фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмоткам 7 (L1) вверх и 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t2 до t3, все оптроны и транзисторы выключены;
- в положительную полуволну питающего напряжения, в период от t3 до t4, включается оптрон 17 (U3), транзисторы 11 (VT3) и 26 (VT7) начинают работать, обеспечивая III фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) вправо в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t4 до t5, включается и работает оптрон 9 (U2), при этом включаются транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6), обеспечивая IV фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 7 (L1) вниз в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t5 до t6, включается и работает оптрон 18 (U4), при этом включаются транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8), остаются включенными оптрон 9 (U2), транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6), обеспечивая V фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмоткам 7 (L1) вниз и 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении;
- в отрицательную полуволну питающего напряжения, в период от t6 до t7, выключается оптрон 9 (U2), транзисторы 3 (VT2) и 21 (VT6) выключаются, а оптрон 18 (U4), транзисторы 12 (VT4) и 27 (VT8) продолжают работать, обеспечивая VI фиксированное положение магнитного потока статора при протекании тока по обмотке 16 (L2) влево в показанном стрелками направлении.
Далее, начиная с t7, цикл включения оптронов и транзисторов повторяется, обеспечивая вращение поля статора по часовой стрелке. При этом один оборот вращающее поле статора делает за два периода питающей сети, то есть частота fc вращения поля статора составляет 25 Гц.
Меняя последовательность включения транзисторов с помощью оптронов таким образом, можно уменьшать скорость двигателя в соответствии с формулой:
fрег=fc/n,
где fрег - регулировочная частота;
fc - частота сети;
n - число периодов изменения питающего напряжения за один оборот вращающего поля статора.
Использование полупроводникового устройства управления однофазным двухобмоточным асинхронным электродвигателем обусловлено возможностью создания различных типов вращающихся магнитных полей статора путем алгоритмического перебора вариантов коммутации транзисторов, что позволяет получить не только требуемое направление тока в обмотках статора, но и регулировку частоты вращающего магнитного поля статора, а следовательно, и скорости электродвигателя. Таким образом, предлагаемое устройство обладает такими же функциями как и устройство, выбранное в качестве прототипа, но при этом не имеет отмеченного недостатка.
Таким образом, предложенное устройство позволяет обеспечивать высокие показатели надежности при вращении вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя по часовой стрелке и против часовой стрелки для трех способов организации коммутации транзисторов с помощью системы управления и регулировании скорости вращения однофазного электродвигателя при питании от сети однофазного переменного тока.