ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО БЕСКОНДЕНСАТОРНОГО ЗАПУСКА ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ
SEMICONDUCTOR DEVICE OF CAPACITOR-FREE START-UP OF THREE-PHASE ELECTRIC MOTOR FROM SINGLE-PHASE GRID

Предлагаемое изобретение относится к устройствам запуска трехфазных асинхронных электродвигателей от однофазной сети и может быть использовано в электроприводе для питания асинхронных трехфазных электродвигателей, статорные обмотки которых соединены по схеме «треугольник».
Известно устройство конденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети, содержащее конденсатор и индуктивность. Конденсатор и индуктивность имеют общий выход, который предназначен для соединения с выходами обмоток, одна из которых соединена с нулем однофазной сети, а другая соединена с фазой однофазной сети. Другой выход конденсатора соединен с фазой однофазной сети и предназначен для соединения с выходами обмоток, одна из которых соединена с нулем однофазной сети. Другой выход индуктивности соединен с нулем однофазной сети и выходами обмоток, одна из которых соединена с фазой однофазной сети. Обмотки двигателя соединены по типу «треугольник» (Бирюков С. Три фазы - без потери мощности / С.Бирюков // Радио. - М., 2000. - №7. - С.37, рис.1).
Основными недостатками описанного устройства конденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети являются повышенные габариты, вследствие необходимости использования бумажных конденсаторов большой емкости и индуктивностей, а также низкая надежность в виду наличия в схеме конденсаторов, индуктивностей.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети, содержащее полупроводниковый ключ для закорачивания и систему управления этим ключом, при соединении статорных обмоток по схеме «треугольник», подключенный параллельно одной обмотке. Один выход полупроводникового ключа соединен с выходами первой и второй обмоток, причем первая обмотка предназначена для соединения одним выходом с нулем однофазной сети, а другим выходом - с фазой однофазной сети, а вторая обмотка предназначена для соединения только с фазой однофазной сети. Второй выход полупроводникового ключа предназначен для соединения с выходами второй и третьей обмоток, причем третья обмотка предназначена для соединения с нулем однофазной сети, а вторая - с фазой однофазной сети. Таким образом, общий вывод первой и третьей обмотки предназначены для подключения к нулю питающей сети, в качестве которой использована однородная питающая сеть переменного тока для питания трехфазного асинхронного двигателя. Система управления этим полупроводниковым ключом состоит из диодного моста и двух тиристоров, включенных катодами встречно в одну из диагоналей моста. Общая катодная точка этих тиристоров соединена с минусом другой диагонали моста (Голик В. Устройство запуска трехфазных двигателей / В. Голик // М., Радио, 1996. - №6. - С.39, рис.1,3).
Основными недостатками этого устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети являются пониженная надежность, большие габариты и высокая стоимость, обусловленные использованием сложной системы управления запуском и введением большого количества таких элементов, как диодный мост, стабилитрон, два транзистора, два тиристора.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и экономичности, а также снижения габаритов устройства полупроводникового бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети.
Для решения поставленной задачи в полупроводниковом устройстве бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети, содержащем полупроводниковый ключ, предназначенный для закорачивания одной из статорной обмотки двигателя при соединении статорных обмоток по схеме «треугольник», причем в качестве питающей сети использована однофазная питающая сеть переменного тока для питания трехфазного асинхронного двигателя согласно изобретению в качестве полупроводникового ключа использованы два реверсивных полупроводниковых коммутатора, каждый из которых содержит два встречно-параллельно соединенных транзистора, причем в первом реверсивном полупроводниковом коммутаторе коллектор первого транзистора соединен с эммитером второго транзистора и соединен с фазой питающей сети, и эммитер первого транзистора соединен с коллектором второго транзистора и с выводами первой и второй статорных обмоток, а во втором реверсивном полупроводниковом коммутаторе коллектор третьего транзистора соединен с эммитером четвертого транзистора и соединен с фазой питающей сети, и эммитер третьего транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора и с выводами второй и третьей статорных обмоток, общий вывод первой и третьей статорных обмоток подключен к нулю однофазной сети.
Повышение надежности и экономичности, а также снижение габаритов полупроводникового устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети обусловлено снижением количества полупроводниковых элементов.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого полупроводникового устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети; на фиг.2 изображена векторная диаграмма вращения, состоящего из шести фиксированных положений магнитного потока поля статора; на фиг.3 показано пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.2. Кроме того, на чертеже изображено следующее:
- Ф - фаза;
- 0 - ноль;
- А, В, С - статорные обмотки электродвигателя;
- VT1 - VT4 - транзисторы;
- I, II, III, IV, V, VI - последовательные фиксированные положения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора асинхронного двигателя;
- дугообразные линии со стрелкой - направления вращения магнитного поля статора;
- Uсети=f(t) - изменение питающего напряжения во времени.
Полупроводниковое устройство бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети содержит полупроводниковый ключ, в качестве которого использованы два реверсивных полупроводниковых коммутатора, каждый из которых содержит два встречно-параллельно соединенных транзистора. В первом реверсивном полупроводниковом коммутаторе содержатся транзисторы 1 (VT1) и 2 (VT2). Коллектор транзистора 1 (VT1) соединен с эммитером транзистора 2 (VT2) и их общий вывод предназначен для соединения с фазой питающей сети. Эмиттер транзистора 1 (VT1) соединен с коллектором транзистора 2 (VT2) и их общий вывод предназначен для соединения с общим выводом первой и второй обмоток 3 (обмотка А) и 4 (обмотка В) соответственно. Во втором реверсивном полупроводниковом коммутаторе содержатся транзисторы 5 (VT3) и 6 (VT4). Коллектор транзистора 5 (VT3) соединен с эммитером транзистора 6 (VT4), и их общий вывод предназначен для соединения с фазой питающей сети. Эммитер транзистора 5 (VT3) соединен с коллектором транзистора 6 (VT4), и их общий вывод предназначен для соединения с общим выводом второй и третьей обмоток 4 (обмотка В) и 7 (обмотка С) соответственно. Общий вывод первой и третьей обмоток 3 (обмотка А) и 7 (обмотка С) предназначены для соединения с нулем питающей сети. Статорные обмотки А, В, С электродвигателя соединены по схеме «треугольник».
Работа полупроводникового устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети осуществляется следующим образом. При прохождении положительной полуволны питающего напряжения открывается транзистор 1 (VT1) и ток проходит по всем трем обмоткам 3 (обмотка А), 4 (обмотка В), 7 (обмотка С) электродвигателя (фиг.3). Образуется первое положение вектора магнитного поля статора. Через определенный момент времени откроется транзистор 5 (VT3) и ток пройдет по обмоткам 3 (обмотка А) и 7 (обмотка С). Образуется второе положение вектора магнитного поля статора. Через определенный момент времени закроется транзистор 1 (VT1) и ток пойдет по трем обмоткам 4 (обмотка В), 3 (обмотка А), 7 (обмотка С). Образуется третье положение вектора магнитного поля статора. При прохождении отрицательной полуволны питающего напряжения закроется транзистор 5 (VT3) и откроется транзистор 2 (VT2) и ток пойдет по всем трем обмоткам 3 (обмотка А), 4 (обмотка В), 7 (об мотка С). Образуется четвертое положение вектора магнитного поля статора. Через определенный момент времени откроется транзистор 6 (VT4) и ток пойдет по обмоткам 3 (обмотка А) и 7 (обмотка С). Образуется пятое положение вектора магнитного поля статора. Через определенный момент времени закроется транзистор 2 (VT2) и ток пойдет по трем обмоткам 4 (обмотка В), 3 (обмотка А), 7 (обмотка С). Образуется шестое положение вектора магнитного поля статора. Поле статора получается эллипсоидным, пространственным, изменяющимся во времени. При прохождении следующей положительной полуволны цикл повторяется.
Таким образом, увеличиваются надежность и экономичность, а также снижаются габариты устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети при отсутствии использования сложной системы управления запуском трехфазного электродвигателя.