Симисторный редуктор, ведомый сетью однофазного переменного напряжения, для двухфазного асинхронного двигателя

Предлагаемая полезная модель может быть использована в качестве редуктора для двухфазного асинхронного двигателя.
Известен автономный трехфазный мостовой инвертор тока, содержащий в качестве вентилей шесть однооперационных тиристоров, соединенных попарно последовательно и работающих попарно параллельно, конденсаторы, осуществляющие коммутацию тиристоров в инверторе, подключенные к парам тиристоров, нагрузку, связанную с тиристорами. Тиристоры подключены к плюсу и минусу источника питания (Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника: учебник для вузов/Г.Н. Горбачев, Е.Е. Чаплыгин; под ред. В.А. Лабунцова. - М.: Энергоатомиздат, 1988, с. 310, 311, рис. 9.12).
Основным недостатком описанного устройства является необходимость емкостного запирания тиристоров со сложной системой управления за счет использования конденсаторов, причем величина емкости конденсаторов зависит от нагрузки.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является широкорегулируемый транзиторный преобразователь частоты для электродвигателя переменного тока, содержащий шесть полупроводниковых коммутационных элементов, соединенных в мостовую трехфазную схему, а также шесть диодов. Первые выходы первого, третьего и пятого полупроводниковых коммутационных элементов объединены и подключены к одному из входов питающей сети. Первые выходы четвертого, шестого и второго полупроводниковых коммутационных элементов объединены и подключены к другому входу питающей сети. Вторые выходы полупроводниковых коммутационных элементов объединены: первый с четвертым, третий с шестым, пятый со вторым и подключены соответственно к фазам статора электродвигателя. Катоды первого, второго и третьего диодов подключены к плюсу питающей сети. Аноды четвертого, пятого и шестого диодов подключены к минусу питающей сети. В качестве полупроводниковых коммутационных элементов использованы транзисторы (патент RU 164966, МПК H02P 27/06 (2006.01).
Однако описанный широкорегулируемый транзиторный преобразователь частоты для электродвигателя переменного тока питается от сети постоянного тока, и для его работы требуется специальный выпрямитель, преобразующий переменной напряжение в постоянное.
Представленная полезная модель решает техническую проблему питания двухфазного асинхронного двигателя через редуктор, непосредственно от однофазной сети переменного напряжения.
Решение этой технической проблемы достигается тем, что в симисторном редукторе, ведомом сетью однофазного переменного напряжения, для двухфазного асинхронного двигателя, содержащем шесть полупроводниковых коммутационных элементов, соединенных в мостовую трехфазную схему, причем первые выходы первого, третьего и пятого полупроводниковых коммутационных элементов объединены и подключены к одному из входов питающей сети, первые выходы четвертого, шестого и второго полупроводниковых коммутационных элементов объединены и подключены к другому входу питающей сети, вторые выходы полупроводниковых коммутационных элементов объединены: первый с четвертым, третий с шестым, пятый со вторым и подключены соответственно к фазам статора электродвигателя, согласно полезной модели в качестве питающей сети использована однофазная сеть переменного напряжения, в качестве полупроводниковых коммутационных элементов использованы симисторы. Вторые объединенные выходы первого и четвертого полупроводниковых коммутационных элементов подключены к началу первой обмотки статора. Вторые объединенные выходы пятого и второго полупроводниковых коммутационных элементов подключены к началу второй обмотки статора. Вторые объединенные выходы третьего и шестого полупроводниковых коммутационных элементов подключены к объединенным концам первой и второй обмоток статора.
Обеспечение возможности использования в качестве источника питания сети однофазного переменного напряжения обусловлено тем, что в качестве полупроводниковых коммутационных элементов использованы симисторы, подключенные к двум обмоткам статора.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема симисторного редуктора, ведомого сетью однофазного переменного напряжения, для двухфазного асинхронного двигателя; на фиг. 2 - тактовая и векторная диаграммы для максимальной скорости вращения двигателя; на фиг. 3 - тактовая и векторная диаграммы для скорости вращения двигателя, в два раза меньшей максимальной.
Кроме того, на чертеже использованы следующие обозначения:
VD1 - VD6 - симисторы;
U - переменной напряжение однофазной сети;
La - обмотка статора первой фазы;
L6 - обмотка статора второй фазы;
- начало обмотки статора;
- направления вектора магнитного поля статора;
- направления тока в обмотках статора;
t1-18 - промежуток времени для вектора магнитного поля.
Симисторный редуктор, ведомый сетью однофазного переменного напряжения, для двухфазного асинхронного двигателя, содержит шесть полупроводниковых коммутационных элементов, соединенных в мостовую трехфазную схему. В качестве питающей сети использована однофазная сеть переменного напряжения. В качестве полупроводниковых коммутационных элементов использованы симисторы. Первые выходы первого, третьего и пятого полупроводниковых коммутационных элементов объединены и подключены к одному из входов сети переменного напряжения. Первые выходы четвертого, шестого и второго полупроводниковых коммутационных элементов объединены и подключены к другому входу сети переменного напряжения. Вторые выходы первого и четвертого полупроводниковых коммутационных элементов объединены и подключены к фазе С статора электродвигателя. Вторые выходы третьего и шестого полупроводниковых коммутационных элементов объединены и подключены к фазе В статора электродвигателя. Вторые выходы пятого и второго полупроводниковых коммутационных элементов объединены и подключены к фазе А статора электродвигателя. Вторые объединенные выходы первого и четвертого полупроводниковых коммутационных элементов также подключены к началу первой обмотки статора. Вторые объединенные выходы пятого и второго полупроводниковых коммутационных элементов также подключены к началу второй обмотки статора. Вторые объединенные выходы третьего и шестого полупроводниковых коммутационных элементов также подключены к объединенным концам первой и второй обмоток статора.
Пример выполнения полезной модели симисторного редуктора, ведомого сетью однофазного переменного напряжения, для двухфазного асинхронного двигателя.
Входы 1 и 2 предназначены для пропускания однофазного переменного напряжения (U). Вход 1 подключен к первому симистору 3 (VD1), третьему симистору 4 (VD3), пятому симистору 5 (VD5). Вход 2 подключен к четвертому симистору 6 (VD4), шестому симистору 7 (VD6), второму симистору 8 (VD2). Таким образом, первые выходы первого симистора 3 (VD1), третьего симистора 4 (VD3), пятого симистора 5 (VD5) объединены и подключены к входу 1 сети переменного напряжения, а первые выходы четвертого симистора 6 (VD4), шестого симистора 7 (VD6) и второго симистора 8 (VD2) объединены и подключены к входу 2 сети переменного напряжения.
Первый симистор 3 (VD1), второй симистор 8 (VD2), третий симистор 4 (VD3), четвертый симистор (VD4), пятый симистор 5 (VD5), шестой симистор 7 (VD6), образующие полупроводниковый редуктор, соединены в мостовую трехфазную схему.
Симисторы попарно объединены между собой и подключены к выходам редуктора. Так вторые выходы первого симистора 3 (VD1) и четвертого симистора 6 (VD4) объединены и подключены к выходу 9 и к фазе С статора электродвигателя; вторые выходы третьего симистора 4 (VD3) и шестого симистора 7 (VD6) объединены и подключены к выходу 10 и к фазе В статора электродвигателя; вторые выходы пятого симистора 5 (VD5) и второго симистора 8 (VD2) объединены и подключены к выходу 11 и к фазе А статора электродвигателя.
Выход 9 подключен к началу первой обмотки статора 12 (La), выход 11 подключен к началу второй обмотки статора 13 (Lб), выход 10 подключен к объединенным концам первой обмотки статора 12 (La) и второй обмотки статора 13 (Lб) (фиг. 1).
Работа симисторного редуктора, ведомого сетью однофазного переменного напряжения, для двухфазного асинхронного двигателя происходит следующим образом.
При подаче управляющего импульса на симисторы в различные промежутки времени в заданной последовательности возможно получение двух типов фиксированных вращавшихся векторов магнитного поля статора, вращающихся с различной скоростью (фиг. 2 и 3).
Для работы двигателя на максимальной допустимой скорости требуется в промежуток времени t1, подать управляющий импульс на симисторы 5 (VD5) и 7 (VD6), ток протекает через обмотку статора 12 (La) в прямом направлении; в момент времени t2 открываются симисторы 7 (VD6) и 3 (VD1), а симистор 5 (VD5) закрывается, ток протекает через обмотку статора 13 (Lб) в прямом направлении; в момент времени t3 открываются симисторы 8 (VD2) и 4 (VD3), а симисторы 3 (VD1) и 7 (VD6) закрываются, ток протекает через обмотку статора 12 (La) в обратном направлении; в момент времени t4 отрываются симисторы 4 (VD3) и 6 (VD4), а симистор 8 (VD2) закрывается, ток протекает через обмотку статора 13 (Lб) в обратном направлении; в момент времени t5, так же как и в момент времени t1, открыты симисторы 5 (VD5) и 7 (VD6), а симисторы 4 (VD3) и 6 (VD4) закрыты, ток протекает через обмотку статора 12 (La) в прямом направлении, в дальнейшем идет повторение порядка открытия симисторов (фиг. 2).
Для работы двигателя на скорости, в два раза меньшие максимальной, в промежуток времени t1 открыты симисторы 5 (VD5) и 7 (VD6), ток протекает через обмотку статора 12 (La) в прямом направлении; в момент времени t2 открыты симисторы 3 (VD1) и 8 (VD2), а симисторы 5 (VD5) и 7 (VD6) закрыты, ток протекает через обмотки статора 12 (La) и 13 (Lб) в прямом направлении; в момент времени t3 открыты симисторы 4 (VD3) и 6 (VD4), а симисторы 3 (VD1) и 8 (VD2) закрыты, ток протекает через обмотку статора 13 (Lб) в прямом направлении; в момент времени t4 открыты симисторы 3 (VD1), 5 (VD5) и 7 (VD6), а симисторы 4 (VD3) и 6 (VD4) закрыты, ток протекает через обмотку статора 12 (La) в обратном направлении и через обмотку статора 13 (Lб) в прямом направлении; в момент времени t5 симисторы 8 (VD2) и 4 (VD3) открыты, а симисторы 3 (VD1), 5 (VD5) и 7 (VD6) закрыты, ток протекает через обмотку статора 12 (La) в обратном направлении; в момент времени t6 открыты симисторы 6 (VD4) и 5 (VD5), а симисторы 8 (VD2) и 4 (VD3) закрыты, ток протекает через обмотку статора 12 (La) и 13 (Lб) в обратном направлении; в момент времени t7 открыты симисторы 3 (VD1) и 7 (VD6), а симисторы 6 (VD4) и 5 (VD5) закрыты, ток протекает через обмотку статора 13 (Lб) в обратном направлении; в момент времени t8 открыты симисторы 8 (VD2), 4 (VD3) и 6 (VD4), а симисторы 3 (VD1) и 7 (VD6) закрыты, ток протекает через обмотку статора 12 (La) в прямом направлении и через обмотку статора 13 (Lб) в обратном направлении; в момент времени t9, также как и в момент времени t1, открыты симисторы 5 (VD5) и 7 (VD6), а симисторы 8 (VD2), 4 (VD3) и 6 (VD4) закрыты, ток протекает через обмотку статора 12 (La) в прямом направлении, в дальнейшем идет повторение порядка открытия симисторов (фиг. 3).
Для осуществления функции реверса требуется открывать симисторы в обратном порядке: на максимальной скорости t1-t4-t3-t2-t1, на скорости в два раза меньше максимальной t1-t8-t7-t6-t5-t4-t3-t2-t1.
Таким образом, представленное устройство способно работать как реверсивный редуктор для двухфазного асинхронного двигателя, питающегося от однофазной сети переменного напряжения, имея простую конструкцию.