УСТРОЙСТВО БЕСКОНДЕНСАТОРНОГО ЗАПУСКА ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ
DEVICE FOR CAPACITOR-FREE START OF THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR SUPPLIED POWER TO FROM SINGLE-PHASE MAINS

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 «звезда».
Известно устройство регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети, содержащее полупроводниковые ключи, в качестве которых использованы такие силовые элементы, как три симистора или шесть тиристоров, образующих встречно-параллельные пары, для коммутации обмоток электродвигателя. Один из выходов каждого симистора или один из общих выходов каждой встречно-параллельной пары, выполненной в виде тиристоров, подключен к фазе питающей сети, а другой выход каждого симистора или другой общий выход каждой встречно-параллельной пары, выполненной в виде тиристоров, подключен к соответствующей статорной обмотке. При этом статорные обмотки электродвигателя соединены в звезду, а нулевой вывод электродвигателя подключен к нулю питающей сети (Глазенко Т.А. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности. / Т.А.Глазенко. - Ленинград: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1983. - С.61, рис.2-12, схема №12).
Основными недостатками описанного устройства регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети являются низкая надежность, сложность силовой схемы, большие габариты и высокая стоимость, что объясняется значительным количеством силовых элементов.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство конденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети, содержащее конденсатор, индуктивность и полупроводниковый ключ, образованный встречно-параллельной парой, выполненной в виде двух тиристоров. Один выход полупроводникового ключа подсоединен к фазе питающей сети, выполненной в виде однофазной сети переменного тока для питания трехфазного асинхронного двигателя, а другой выход полупроводникового ключа подсоединен к началу первой статорной обмотки. Конденсатор и индуктивность имеют общий выход, который предназначен для соединения с выходом, то есть с началом, первой статорной обмотки. Другой выход конденсатора соединен с общей точкой двух тиристоров, соединенных встречно-параллельно, то есть с одним выходом полупроводникового ключа, с фазой питающей сети и с одним выходом, то есть с началом, второй статорной обмотки. Другой выход, то есть конец, второй статорной обмотки соединен с одним из выходов, а именно с концом третьей статорной обмотки, образуя общую точку. Другой выход, то есть начало, третьей обмотки соединен с нулем питающей сети и с другим выходом, а именно с концом первой статорной обмотки. Другим выходом общая точка тиристоров соединена с другим выходом индуктивности. Статорные обмотки данного электродвигателя соединены по типу разорванная «звезда» (Глазенко Т.А. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности. / Т.А.Глазенко. - Ленинград: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1983. - С.61, рис.2-12, схема №13).
Основными недостатками описанного устройства бесконденсаторного запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети являются низкая надежность, высокая стоимость и повышенные габариты вследствие необходимости использования как бумажных конденсаторов большой емкости, так и индуктивности, а также из-за непредсказуемости направления вращения двигателя.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и экономичности, а также снижения габаритов устройства бесконденсаторного запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети.
Для решения поставленной задачи в устройстве бесконденсаторного запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети, содержащем полупроводниковый ключ, образованный встречно-параллельной парой, один выход которого подключен к фазе питающей сети, выполненной в виде однофазной сети переменного тока для питания трехфазного асинхронного двигателя, и другой выход которого подключен к началу первой статорной обмотки, причем начало третьей статорной обмотки подключено к нулю питающей сети, а статорные обмотки электродвигателя соединены по типу разорванная «звезда», согласно изобретению два реверсивных полупроводниковых коммутатора, являющихся полупроводниковыми ключами, образованы встречно-параллельными парами, выполненными в виде транзисторов. В первом реверсивном полупроводниковом коммутаторе коллектор первого транзистора соединен с эмиттером второго транзистора и соединен с фазой питающей сети, и эмиттер первого транзистора соединен с коллектором второго транзистора и с началом первой статорной обмотки. Во втором реверсивном полупроводниковом коммутаторе коллектор третьего транзистора соединен с эмиттером четвертого транзистора и соединен с фазой питающей сети, и эмиттер третьего транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора и с началом второй статорной обмотки. Конец первой статорной обмотки подключен к концу третьей статорной обмотки. Конец второй статорной обмотки подключен к нулю питающей сети.
Повышение надежности и экономичности, а также снижение габаритов устройства бесконденсаторного запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети обусловлено использованием в качестве полупроводниковых ключей двух реверсивных полупроводниковых коммутаторов, использующих более простую систему управления их открытием и закрытием при отсутствии конденсатора и индуктивности.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема 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 изображена векторная диаграмма вращения, состоящего из четырех фиксированных положений магнитного потока поля статора; на фиг.4 показана векторная диаграмма вращения, состоящего из четырех фиксированных положений магнитного потока поля статора, при котором момент электродвигателя больше, чем момент электродвигателя, показанный на фиг.3; на фиг.5 показано пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.2; на фиг.6 показано пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.3; на фиг.7 показано пофазное изменение магнитного потока в статорных обмотках в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.4.
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 стрелками - направления вращения магнитного поля статора;
Uceти=f(t) - изменение питающего напряжения во времени;
жирные точки - начала статорных обмоток;
прямые линии со стрелками - направления магнитного потока в статорных обмотках.
Полупроводниковое устройство бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети содержит два реверсивных полупроводниковых коммутатора, являющихся полупроводниковыми ключами. Реверсивные полупроводниковые коммутаторы образованы двумя встречно-параллельными парами, каждая из которых выполнена в виде двух транзисторов. В первом реверсивном полупроводниковом коммутаторе коллектор первого транзистора 1 (VT1) соединен с эмиттером второго транзистора 2 (VT2), и их общий вывод соединен с фазой питающей сети. Эмиттер первого транзистора 1 (VT1) соединен с коллектором второго транзистора 2 (VT2) и их общий вывод соединен с началом первой статорной обмотки 3 (обмотка В). Во втором реверсивном полупроводниковом коммутаторе коллектор третьего транзистора 4 (VT3) соединен с эмиттером четвертого транзистора 5 (VT4) и их общий вывод соединен с фазой питающей сети. Эмиттер третьего транзистора 4 (VT3) соединен с коллектором четвертого транзистора 5 (VT4), и их общий вывод соединен с началом второй статорной обмотки 6 (обмотка С).
Конец второй статорной обмотки 6 (обмотка С) соединен с нулем питающей сети. Конец первой статорной обмотки 3 (обмотка В) соединен с концом третьей статорной обмотки 7 (обмотка А). Начало третьей статорной обмотки 7 (обмотка А) соединено с нулем питающей сети. Статорные обмотки А, В, С электродвигателя соединены по схеме разорванная «звезда».
Питающая сеть выполнена в виде однофазной сети переменного тока для питания трехфазного асинхронного двигателя.
Работа устройства бесконденсаторного запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети для шести фиксированных положений магнитного потока поля статора осуществляется следующим образом. При прохождении положительной полуволны питающего напряжения открывается транзистор 1 (VT1) и ток проходит по двум обмоткам 3 (обмотка В) и 7(обмотка А) электродвигателя (фиг.2 и фиг.5). Образуется первое положение вектора магнитного поля статора (фиг.2). Через заданный момент при положительной полуволне питающего напряжения откроется транзистор 4 (VT3) и ток пройдет по обмоткам 3 (обмотка В), 7 (обмотка А) и 6 (обмотка С). Образуется второе положение вектора магнитного поля статора. Через заданный момент времени при положительной полуволне питающего напряжения закроется транзистор 1 (VT1) и ток пойдет только по обмотке 6 (обмотка С). Образуется третье положение вектора магнитного поля статора. При прохождении отрицательной полуволны питающего напряжения закроется транзистор 4 (VT3) и откроется транзистор 2 (VT2), и ток пойдет по двум обмоткам 7(обмотка А), 3 (обмотка В). Образуется четвертое положение вектора магнитного поля статора. Через заданный момент времени откроется транзистор 5 (VT4) и ток пойдет по обмоткам 7 (обмотка А), 3 (обмотка В) и 6 (обмотка С). Образуется пятое положение вектора магнитного поля статора. Через заданный момент времени закроется транзистор 2 (VT2) и ток пойдет по обмотке 6 (обмотка С). Образуется шестое положение вектора магнитного поля статора. Поле статора получается вращающимся, эллипсоидным, пространственным, изменяющимся во времени. При прохождении следующей положительной полуволны цикл повторяется.
Работа устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети для четырех фиксированных положений (фиг.3) магнитного потока поля статора осуществляется следующим образом. При прохождении положительной полуволны питающего напряжения открывается транзистор 1 (VT1) и ток проходит по двум обмоткам 3 (обмотка В) и 7 (обмотка А) электродвигателя (фиг.1 и фиг.6). Образуется первое положение вектора магнитного поля статора (фиг.3). Через заданный момент времени откроется транзистор 4 (VT3) и закроется транзистор 1 (VT1), и ток пойдет по обмотке 6 (обмотка С). Образуется второе положение вектора магнитного поля статора. При прохождении отрицательной полуволны питающего напряжения закроется транзистор 4 (VT3) и откроется транзистор 2 (VT2), и ток пойдет по двум обмоткам 7 (обмотка А), 3 (обмотка В). Образуется третье положение вектора магнитного поля статора. Через заданный момент времени откроется транзистор 5 (VT4) и закроется транзистор 2 (VT2), и ток пойдет по обмотке 6 (обмотка С). Образуется четвертое положение вектора магнитного поля статора. Поле статора получается вращающимся, эллипсоидным, пространственным, изменяющимся во времени. При прохождении следующей положительной полуволны цикл повторяется.
Работа устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети, при котором момент электродвигателя больше, чем момент электродвигателя (фиг.4) для четырех фиксированных положений магнитного потока поля статора, осуществляется следующим образом. При прохождении положительной полуволны питающего напряжения открывается транзистор 1 (VS1) и ток проходит по двум обмоткам 3 (обмотка В) и 7 (обмотка А) электродвигателя (фиг.1 и фиг.7). Образуется первое положение вектора магнитного поля статора (фиг.4). Через заданный момент времени откроется транзистор 4 (VS3), а транзистор 1 (VS1) все еще будет открыт, и ток пойдет по обмоткам 3 (обмотка В), 7 (обмотка А) и 6 (обмотка С). Образуется второе положение вектора магнитного поля статора. При прохождении отрицательной полуволны питающего напряжения закроются транзистор 4 (VS3) и транзистор 1 (VS1), а откроется транзистор 2 (VS2), и ток пойдет по двум обмоткам 7 (обмотка А), 3 (обмотка В). Образуется третье положение вектора магнитного поля статора. Через заданный момент времени откроется транзистор 5 (VS4), а транзистор 2 (VS2) все еще будет открыт, и ток пойдет по обмоткам 7 (обмотка А), 3 (обмотка В) и 6 (обмотка С). Образуется четвертое положение вектора магнитного поля статора. Поле статора получается вращающимся, эллипсоидным, пространственным, изменяющимся во времени. При прохождении следующей положительной полуволны цикл повторяется.
Изменяя порядок переключения обмоток можно производить реверс двигателя. Таким образом, во-первых, данное устройство бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети позволяет получать предсказуемое направление вращения двигателя и его реверс, во-вторых, обеспечивается возможность отсутствия в схеме конденсатора и индуктивность, в-третьих, увеличиваются надежность и экономичность, а также снижаются габариты устройства.