ТРАНЗИСТОРНЫЙ РЕДУКТОР ДЛЯ ПИТАНИЯ ТРЕХФАЗНОГО КОРОТКОЗАМКНУТОГО ДВИГАТЕЛЯ, СТАТОРНЫЕ ОБМОТКИ КОТОРОГО СОЕДИНЕНЫ ПО ТИПУ "ЗВЕЗДА", ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ

Предлагаемое изобретение относится к однофазно-трехфазным преобразователям частоты, ведомым однофазной сетью, и может быть использовано* в электроприводе для питания асинхронных трехфазных и синхронных электродвигателей.
Известен трехфазный низкочастотный полупроводниковый*преобразователь,частоты, ведомый трехфазной сетью, образованный из трех трехфазных нулевых тиристорных выпрямителей, выходами подключенных к входам трех обмоток статора, включенных в звезду. Аноды тиристоров подключены к соответствующим фазам трехфазной сети, а катоды связаны между собой, образуя нулевую точку, которая соединена с входом соответствующей обмотки. Выходы обмоток статора предназначены'для'соединения с нулем питающей сети (Бернштейн И.Я. Тиристорные преобразователи частоты без звена постоянного тока/ И.Я.Бернштейн. - М.: Энергия, 1968. - С.42, рис.2-10а.).
Основными недостатками этого низкочастотного полупроводникового преобразователя частоты, ведомого трехфазной сетью, являются отсутствие возможности применения в однофазной сети, а также низкая надежность и повышенные габариты вследствие использования большого числа тиристоров.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является низкочастотный преобразователь частоты, ведомый сетью, для асинхронного двигателя, статорные обмотки которого соединены по типу «звезда», содержащий три вентильные группы. Первая вентильная группа выполнена на основе из трех диодов. Вторая вентильная группа содержит три биполярных транзистора структуры n-p-n, эмиттеры которых предназначены для соединения с нулем питающей однофазной сети. Третья вентильная группа содержит три полевых транзистора, истоки которых подключены к соответствующим анодам трех диодов, образующих первую вентильную группу, катоды которых предназначены для подключения к фазе и выходам трех статорных обмоток, имеющих в свою очередь общий вход, соединенный с фазой. Коллекторы трех биполярных транзисторов подключены к соответствующим затворам полевых транзисторов. Таким образом, преобразователь выполнен на трех полевых транзисторах, трех биполярных транзисторах и трех диодах (Дубровский А./ Радио №11. Дубровский А - М.: Роспечать, 2002. - С41).
Основными недостатками описанного низкочастотного полупроводникового преобразователя частоты являются пониженная надежность, повышенные габариты и стоимость вследствие необходимости применения большого количества транзисторов и диодов.
В предлагаемом изобретении решается задача повышение надежности и экономичности, а также снижения габаритов устройства.
Для решения поставленной задачи в транзисторном редукторе для питания трехфазного короткозамкнутого двигателя, статорные обмотки которого соединены по типу «звезда», от однофазной сети, содержащем полупроводниковые первую вентильную группу на основе диодов и вторую вентильную группу на основе транзисторов, подсоединенные к питающей однофазной сети, согласно изобретению первая вентильная группа на основе диодов выполнена в виде диодного моста, у которого первый выход переменного напряжения предназначен для соединения с фазой питающей сети, второй выход переменного напряжения предназначен для соединения с нулем питающей сети, и отрицательный выход постоянного напряжения предназначен для соединения с нулем трехфазного короткозамкнутого двигателя. Вторая вентильная группа выполнена из первого, второго и третьего транзисторов, предназначенных для обеспечения векторно-алгоритмической коммутации обмоток, эмиттеры которых предназначены для соединения со статорными обмотками трехфазного короткозамкнутого двигателя, а коллекторы подключены к положительному выходу постоянного напряжения диодного моста.
Повышение надежности транзисторного редуктора для питания трехфазного короткозамкнутого двигателя, статорные обмотки которого соединены по типу «звезда», от однофазной сети обусловлено упрощением системы управления в связи с уменьшением количества силовых коммутирующих элементов.
Снижение габаритов и повышение экономичности устройства обусловлены выполнением первой вентильной группы в виде диодного моста, у которого первый выход переменного напряжения предназначен для соединения с фазой питающей сети, второй выход переменного напряжения предназначен для соединения с нулем питающей сети, и отрицательный выход постоянного напряжения предназначен для соединения с нулем трехфазного короткозамкнутого двигателя, и второй вентильной группы - из трех транзисторов, предназначенных для обеспечения векторно-алгоритмической коммутации обмоток, эмиттеры которых предназначены для соединения со статорными обмотками трехфазного короткозамкнутого двигателя, а коллекторы подключены к положительному выходу постоянного напряжения диодного моста, то есть вместо шести тиристоров и трех диодов использованы всего три транзистора и четыре диода.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема транзисторного редуктора для питания трехфазного короткозамкнутого двигателя, статорные обмотки которого соединены по типу «звезда», от однофазной сети; на фиг.2 - векторная диаграмма вращения состоящего из трех фиксированных положений магнитного потока поля статора; на фиг.3-векторная диаграмма вращения состоящего из четырех фиксированных положений магнитного потока поля статора; на фиг.4 - векторная диаграмма вращения состоящего из шести фиксированных положений магнитного потока поля статора; на фиг.5 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора, а также направление магнитного потока и протекающего тока по обмоткам статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.2; на фиг.6 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора, а также направление магнитного потока и протекающего тока по обмоткам статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.3; на фиг.7 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора, а также направление магнитного потока и протекающего тока по обмоткам статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.4, на фиг.8 - то же, что на фиг.5, при пропускании двух полуволн постоянного напряжения за один вектор положения магнитного потока поля статора.
Кроме того, на чертеже изображено следующее:
- Ф - фаза;
- 0 - ноль;
- С1-С3 - входы статорных обмоток;
- VD1-VD4 - диоды;
- VT1-VT3 - транзисторы;
- I, II, III, IV, V, VI - последовательные фиксированные положения магнитного потока статора;
- дугообразные линии со стрелкой - направления вращения магнитного поля статора;
- Uсети=f(t) - изменение питающего напряжения во времени;
- Ивыпр=f(t) - изменение выпрямленного напряжения во времени;
- прямые линии со стрелками - направления магнитного потока и тока в обмотках статора.
Транзисторный редуктор для питания трехфазного короткозамкнутого двигателя, статорные обмотки которого соединены по типу «звезда», от однофазной сети, содержит полупроводниковые первую вентильную группу на основе диодов и вторую вентильную группу на основе транзисторов, подсоединенные к питающей однофазной сети. Первая вентильная группа на основе диодов выполнена в виде диодного моста, у которого первый выход переменного напряжения предназначен для соединения с фазой питающей сети, второй выход переменного напряжения предназначен для соединения с нулем питающей сети и отрицательный выход постоянного напряжения предназначении для соединения с нулем трехфазного короткозамкнутого двигателя. Вторая вентильная группа на основе транзисторов выполнена из первого, второго и третьего транзисторов, предназначенных для обеспечения векторно-алгоритмической коммутации обмоток. Эмиттеры этих транзисторов предназначены для соединения со статорными обмотками трехфазного короткозамкнутого двигателя, а коллекторы подключены к положительному выходу постоянного напряжения диодного моста.
В качестве питающей сети использована однофазная питающая сеть фаза-ноль переменного тока для питания трехфазного короткозамкнутого двигателя и коммутирующие силовые транзисторы.
Пример выполнения транзисторного редуктора для питания трехфазного коротко-замкнутого двигателя, статорные обмотки которого соединены по типу «звезда», от однофазной сети, собранного на транзисторах.
Устройство содержит первую вентильную группу, выполненную в виде диодного моста, состоящего из диодов 1,2,3,4 (VD1,VD2,VD3,VD4), и вторую вентильную группу, выполненную из транзисторов 5,6,7 (VT2,VT1,VT3). Катод диода 1 (VD1) и анод диода 2 (VD2), то есть первый выход переменного напряжения диодного моста, подключены к фазе питающей сети, а катод диода 3 (VD3) и анод диода 4 (VD4), то есть второй выход переменного напряжения диодного моста, подключены к нулю питающей сети. Катод диода 2 (VD2) и катод диода 4 (VD4) подключены к плюсу, то есть к положительному выходу постоянного напряжения диодного моста, который подключен к коллекторам транзисторов 5,6,7 (VT2,VT1,VT3). Эмиттер первого транзистора 5 (VT2) подключен к входу 8 (С2) статорной обмотки двигателя. Эмиттер второго транзистора 6 (VT1) подключен к входу 9 (С1) статорной обмотки двигателя. Эмиттер третьего транзистора 7 (VT3) подключей к входу 10 (С3) статорной обмотки двигателя. Обмотки с входами 9,8,10 (С1,С2,С3) двигателя соединены по типу «звезда» (фиг.1), нулевая точка которой подключена к минусу, то есть к отрицательному выходу постоянного напряжения диодного моста. Транзисторы 5,6,7 (VT2,VT1,VT3) имеют либо структуру n-p-п, как это показано на фиг.1, либо структуру р-n-р.
Транзисторный редуктор для питания трехфазного короткозамкнутого двигателя, статорные обмотки которого соединены по типу «звезда», от однофазной сети работает следующим образом.
Для получения вращающегося магнитного поля методом векторно-алгоритмического понижения частоты в статорной обмотке необходимо включать транзисторы в определенной последовательности.
Для обеспечения вращения поля статора в последовательности I-II-III, показанной на фиг.2 векторной диаграммой вращения поля статора (фиксированное положение магнитного потока), необходимо включать транзисторы 5,6,7 (VT2,VT1,VT3) следующим образом:
в I полупериод выпрямленного напряжения (фиг.5.)
VT1
- I положение вектора поля статора, затем
во II полупериод выпрямленного напряжения (фиг.5.)
VT2
- II положение вектора поля статора, затем
в III полупериод выпрямленного напряжения (фиг.5.)
VT3
- III положение вектора поля статора
Для обеспечения вращения поля статора в последовательности I-II-III-IV, показанной на фиг.3 векторной диаграммой вращения поля статора (фиксированное положение магнитного потока), необходимо включать транзисторы 5,6,7 (VT2,VT1,VT3) следующим образом:
в I полупериод выпрямленного напряжения (фиг.7.)
одновременно VT1, VT3
- I положение вектора поля  статора, затем
в II полупериод выпрямленного напряжения (фиг.7.)
одновременно VT1, VT2
- II положение вектора поля  статора, затем
в III полупериод выпрямленного напряжения (фиг.7.)
VT2
- III положение вектора поля  статора, затем
в IV полупериод выпрямленного напряжения (фиг.7.)
VT3
- IV положение вектора поля статора, затем
Для обеспечения вращения поля статора в последовательности I-II-III-IV-V-VI, показанной на фиг.4 векторной диаграммой вращения поля статора (фиксированное положение магнитного потока), необходимо включать транзисторы 5,6,7 (VT2,VT1,VT3) следующим образом:
в IV полупериод выпрямленного напряжения (фиг.9)
одновременно VT1, VT3
- I положение вектора поля статора, затем
в II полупериод выпрямленного напряжения (фиг.9)
VT1
- II положение вектора поля  статора, затем
в III полупериод выпрямленного напряжения (фиг.9)
одновременно VT1, VT2
- III положение вектора поля  статора, затем
в IV полупериод выпрямленного напряжения (фиг.9)
VT2
- IV положение вектора поля  статора, затем
в V полупериод выпрямленного напряжения (фиг.9)
одновременно VT2, VT3
- V положение вектора поля статора, затем
в VI полупериод выпрямленного напряжения (фиг.9)
VT3
- VI положение вектора поля статора.
Для понижения частоты можно пропускать на одном такте переключения векторов не одну полуволну питающего напряжения, а две, три и так далее. Последовательность включения транзисторов при пропускании двух полуволн на одном такте для режима (фиг.5) показан на фиг.8; для пропускания трех, четырех и далее полуволн работа будет аналогичной. Таким же образом формируется работа трехфазного короткозамкнутого двигателя при пропускании двух, трех, и так далее полуволн для режимов работы, показанных на фиг.6,7.
Таким образом, предлагаемое изобретение может быть использовано в однофазной сети для регулировки скорости бытовых приборов, имеющих трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель, при высоких показателях надежности и экономичности и малых габаритах.