УСТРОЙСТВО ПУСКА И РЕГУЛИРОВАНИЯ ПИТАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ РЕВЕРСИВНОГО ОДНОФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Предлагаемая полезная модель относится к пусковым устройствам, ведомым трехфазной сетью переменного тока, и может быть использована в электроприводах переменного тока для пуска от трехфазной сети однофазных асинхронных двигателей, не требующих регулирования скорости вращения.
Известно устройство пуска однофазного асинхронного двигателя от однофазной сети с использованием конденсаторного сдвига в статорной цепи, осуществляющее питание от однофазной сети однофазного асинхронного двигателя, в котором для получения вращающегося поля статора одна обмотка однофазного асинхронного двигателя подключена к однофазной сети через конденсаторы, а другая обмотка - напрямую к однофазной сети (Копылов И.П. Электрические машины. Учебник для вузов / И.П. Копылов. - М.: Высшая школа, 2006. - с. 343, рис. 3.96).
Основными недостатками описанного устройства пуска однофазного асинхронного двигателя от однофазной сети с использованием конденсаторного сдвига в статорной цепи являются низкая надежность и повышенные габариты вследствие необходимости использования бумажных конденсаторов большой емкости, отсутствие возможности осуществления реверса двигателя, так как для этого необходимы конструктивные изменения.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является реверсивное бесконденсаторное устройство пуска однофазного двухобмоточного асинхронного двигателя, содержащее первую и вторую обмотки статора, а также полупроводниковый коммутатор. Первый вывод первой обмотки статора соединен с полупроводниковым коммутатором. Первый вывод второй обмотки статора соединен с фазой питающей сети, а второй вывод второй обмотки статора соединен с нулем питающей сети. Полупроводниковый коммутатор выполнен на основе двух пар транзисторов, пропускающих ток в обоих направлениях и предназначенных для функционирования в ключевом режиме. При этом объединенные коллекторы первого и второго транзисторов первой пары подключены к первому выводу первой обмотки статора, а объединенные коллекторы третьего и четвертого транзисторов второй пары подключены ко второму выводу первой обмотки статора. Эмиттеры первого транзистора первой пары и третьего транзистора второй пары подсоединены к фазе питающей сети, а эмиттеры второго транзистора первой пары и четвертого транзистора второй пары подсоединены к нулю питающей сети (патент RU 157687, МПК Н01Р 1/42 (2006.01), Н01Р 27/04 (2006.01)).
Основными недостатками этого реверсивного бесконденсаторного устройства пуска однофазного двухобмоточного асинхронного двигателя являются пониженная надежность и повышенные габариты при высокой стоимости вследствие введения большого количества транзисторов, связанных с двумя обмотками статора и питающей сетью.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности с уменьшением габаритов устройства при увеличении его экономичности.
Для решения поставленной задачи в устройстве пуска и регулирования питающего напряжения реверсивного однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети переменного тока, содержащем полупроводниковый коммутатор, первую и вторую обмотки статора, причем первый вывод первой обмотки статора соединен с полупроводниковым коммутатором, первый вывод второй обмотки статора соединен с фазой питающей сети, а второй вывод второй обмотки статора соединен с нулем питающей сети, согласно полезной модели второй вывод первой обмотки соединен с нулем питающей сети, первый вывод второй обмотки статора соединен с фазой А питающей сети. При этом полупроводниковый коммутатор, соединяющий первую обмотку статора с фазой В питающей сети для осуществления запуска двигателя вперед и соединяющий первую обмотку статора с фазой С питающей сети для осуществления запуска двигателя назад, выполнен на основе двух симисторов.
Повышение надежности с уменьшением габаритов устройства при увеличении его экономичности обусловлено использованием полупроводникового коммутатора на двух симисторах, уменьшающих потребление энергии, вместо четырех полупроводниковых транзисторов, связанного с первой обмоткой статора, с фазой В питающей сети для осуществления запуска двигателя вперед и с фазой С питающей сети для осуществления запуска двигателя назад, при соединении второй обмотки статора с питающей сетью напрямую.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства пуска и регулирования питающего напряжения реверсивного однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети переменного тока; на фиг. 2 - векторная диаграмма кругового вращающегося поля статора двигателя, состоящего из четырех фиксированных положений магнитного потока, при одновременном включении двух обмоток статора двигателя, осуществляющих пуск двигателя; на фиг. 3 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора при частоте ƒрег = ƒсети в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 2; на фиг. 4 - направления магнитного потока и протекающего тока по обмоткам статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 2; на фиг. 5 - векторная диаграмма кругового вращающегося поля статора двигателя, состоящего из четырех фиксированных положений магнитного потока, при одновременном включении двух обмоток статора двигателя, осуществляющих реверс двигателя; фиг. 6 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора при частоте ƒрег=ƒсети в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 5; на фиг. 7 - направления магнитного потока и протекающего тока по обмоткам статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 5.
Кроме того, на чертеже изображено следующее:
- А, В, С - фазы питающей сети;
- 0 - ноль;
- SV1, SV2 - симисторы;
- 1, 2, 3, 4 - контролируемые точки напряжений фаз А, В и С;
- С1-С4 - выводы соответствующих обмоток статора реверсивного однофазного асинхронного двигателя;
- α - угол открытия симисторов;
- сплошные стрелки вдоль обмоток статора реверсивного однофазного асинхронного двигателя - прямое направление тока в обмотках статора двигателя;
- дискретные стрелки вдоль обмоток статора реверсивного однофазного асинхронного двигателя - обратное направление тока в обмотках статора двигателя;
- I, II, III, IV - последовательные фиксированные положения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора реверсивного однофазного асинхронного двигателя;
- прямые линии со стрелками (фиг. 4 и 7) - направления вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора реверсивного однофазного асинхронного двигателя, в контролируемых точках 1-4 фиг. 3 и фиг. 6.
Устройство пуска и регулирования питающего напряжения реверсивного однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети переменного тока содержит полупроводниковый коммутатор, выполненный на основе симистора 1 (SV1) и симистора 2 (SV2), предназначенный для коммутирования определенной фазы питающей сети.
Первый вывод 3 (С1) первой обмотки статора соединен с симистором 2(SV2), соединяющим первую обмотку статора с фазой В питающей сети для осуществления запуска двигателя вперед, и с симистором 1 (SV1), соединяющим первую обмотку статора с фазой С питающей сети для осуществления запуска двигателя назад. Второй вывод 4 (С2) первой обмотки статора соединен с нулем питающей сети.
Вторая обмотка статора подключена напрямую в сеть, при этом первый вывод 5 (С3) второй обмотки статора подключен к фазе А питающей сети, а второй вывод 6 (С4) второй обмотки статора подключен к нулю питающей сети.
Данным устройством пуска и регулирования питающего напряжения реверсивного однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети переменного тока можно управлять векторно-алгоритмическим методом, создавая несколько типов вращающихся полей статора: прохождением четырех последовательных фиксированных положений вектора магнитного потока кругового вращающегося поля при одновременном включении двух обмоток статора двигателя, осуществляющих пуск двигателя (см. фиг. 2), и прохождением четырех последовательных фиксированных положений вектора магнитного потока кругового вращающегося поля при одновременном включении двух обмоток статора двигателя, осуществляющих реверс двигателя (см. фиг. 5).
Векторное управление устройством пуска и регулирования питающего напряжения реверсивного однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети переменного тока прохождением четырех последовательных фиксированных положений вектора магнитного потока поля статора за один оборот двигателя при одновременном включении двух обмоток статора двигателя, осуществляющих пуск двигателя, производится следующим образом.
Вращение вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора реверсивного однофазного асинхронного двигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фиг. 2, с учетом постоянного включения симистора 1 (SV1) с углом открытия α=0°, протекания тока по второй обмотке статора в обоих направлениях и подключением симистора 1 (SV1) к фазе В, осуществляется следующим образом:
- в первой точке контролируемого напряжения на фазе В - отрицательная полуволна, а на фазе А напряжение равно нулю, при этом обеспечивается протекание тока по первой обмотке статора, - I фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- во второй точке контролируемого напряжения на фазе А - положительная полуволна, а на фазе В напряжение равно нулю, при этом обеспечивается протекание тока по второй обмотке статора, - II фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в третьей точке контролируемого напряжения на фазе В - положительная полуволна, а на фазе А напряжение равно нулю, при этом обеспечивается протекание тока по первой обмотке статора, - III фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в четвертой точке контролируемого напряжения на фазе А - отрицательная полуволна, а на фазе В напряжение равно нулю, при этом обеспечивается протекание тока по второй обмотке статора, - IV фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора.
При данном подключении обмоток к питающему напряжению для предложенного устройства пуска и регулирования питающего напряжения реверсивного однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети переменного тока можно осуществить пуск двигателя вперед.
Векторное управление устройством пуска и регулирования питающего напряжения реверсивного однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети переменного тока прохождением четырех последовательных фиксированных положений вектора магнитного потока поля статора за один оборот двигателя при одновременном включении двух обмоток статора двигателя, осуществляющих реверс двигателя, производится следующим образом.
Вращение вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора реверсивного однофазного асинхронного двигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фиг. 5, с учетом постоянного включения симистора 2 (SV2) с углом открытия α=0°, протекания тока по второй обмотке статора в обоих направлениях и подключением симистора 2 (SV2) к фазе С, осуществляется следующим образом:
- в первой точке контролируемого напряжения на фазе А - отрицательная полуволна, а на фазе С напряжение равно нулю, при этом обеспечивается протекание тока по второй обмотке статора, - I фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- во второй точке контролируемого напряжения на фазе С - положительная полуволна, а на фазе А напряжение равно нулю, при этом обеспечивается протекание тока по первой обмотке статора, - II фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в третьей точке контролируемого напряжения на фазе А - положительная полуволна, а на фазе С напряжение равно нулю, при этом обеспечивается протекание тока по второй обмотке статора, - III фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в четвертой точке контролируемого напряжения на фазе С- отрицательная полуволна, а на фазе А напряжение равно нулю, при этом обеспечивается протекание тока по первой обмотке статора, - IV фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора
При данном подключении обмоток к питающему напряжению для предложенного устройства пуска и регулирования питающего напряжения реверсивного однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети переменного тока можно осуществить реверс двигателя.
Изменяя угол открытия симисторов, можно менять напряжение, подаваемое на первую обмотку статора, и тем самым изменять скорость двигателя.
Таким образом, при вышеописанных условиях подключения обмоток статора двигателя к фазам питающей сети для реверсивного однофазного асинхронного двигателя можно осуществить как пуск, работу, так и реверс.
На основании изложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемая полезная модель имеет преимущество по сравнению с известными из-за более высоких показателей надежности и экономичности, а также малых габаритов.