КОММУТАТОР ВКЛЮЧЕНИЯ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ В ОДНОФАЗНУЮ СЕТЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Предлагаемая полезная модель относится к нереверсивным полупроводниковым коммутаторам, ведомым однофазной сетью переменного тока, и может быть использована в нерегулируемом электроприводе переменного тока для питания от однофазной сети трехфазных асинхронных двигателей.
Известно устройство питания трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети с использованием конденсаторного сдвига в статорной цепи, осуществляющее питание от однофазной сети трехфазного асинхронного двигателя с обмотками, соединенными в звезду, в котором для получения вращающегося поля статора одна обмотка трехфазного асинхронного двигателя подключена к однофазной сети через конденсатор, а две другие обмотки - напрямую к однофазной сети (Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высших технических учебных заведений / А.И. Вольдек. - Л.: Энергия, 1974. - С. 612, рис. 30-7).
Основным недостатком описанного устройства питания трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети с использованием конденсаторного сдвига в статорной цепи является необходимость использования бумажных конденсаторов большой емкости, в результате чего момент двигателя уменьшается в три раза, а мощность двигателя падает до 40% от номинальной.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является однофазно-трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, осуществляющий питание трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети переменного тока с обеспечением реверса, содержащий два полупроводниковых ключа, подключающие обмотки трехфазного асинхронного двигателя к однофазной питающей сети переменного тока. Начало первой обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а конец первой обмотки подключен к нулю однофазной сети переменного тока. Начало второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к нулю однофазной сети переменного тока, а конец второй обмотки подключен к первому полупроводниковому ключу, соединенному с фазой. Таким образом, вторая обмотка подключена к первому полупроводниковому ключу и к нулю однофазной сети переменного тока. Начало третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к нулю однофазной сети переменного тока, а конец третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключен к второму полупроводниковому ключу. В качестве полупроводниковых ключей использованы два полевых транзистора. Первые выводы полевых транзисторов соединены с фазой однофазной сети переменного тока. Второй вывод первого полевого транзистора соединен с концом второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя. Второй вывод второго полевого транзистора соединен с концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя. Для управления полупроводниковыми ключами на полевых транзисторах однофазно-трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор дополнительно оборудован стабилизированным источником питания и программируемого логического устройства (патент RU 121976, МПК Н02Р 27/16 (2006.01)).
Основными недостатками описанного однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью, являются пониженная надежность, увеличенные габариты и высокая стоимость, обусловленные необходимостью управления полупроводниковыми ключами на полевых транзисторах, основанного на дополнительном оборудовании, содержащем стабилизированный источник питания и программируемое логическое устройство, предпочтительно при использовании устройства для механизмов, не требующих реверса и регулировки скорости, а требующих только запуска и работы.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности и снижения габаритов устройства с повышением его экономичности, при использовании для механизмов, не требующих реверса и регулировки скорости, а требующих только запуска и работы.
Для решения поставленной задачи в коммутаторе включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока, снабженном полупроводниковым ключом, подключающими обмотки трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети переменного тока, причем начало первой обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а ее конец подключен к нулю однофазной сети переменного тока, вторая обмотка подключена к полупроводниковому ключу, в свою очередь соединенному с фазой, и к нулю однофазной сети переменного тока, начало третьей обмотки подключено к нулю однофазной сети переменного тока, согласно полезной модели в качестве полупроводникового ключа использованы первый и второй динисторы, включенные встречно параллельно, у которых анод первого динистора и катод второго динистора объединены и подключены к фазе однофазной сети переменного тока, катод первого динистора и анод второго динистора объединены и подключены к началу второй обмотки. При этом конец второй обмотки подключен к нулю однофазной сети переменного тока, а конец третьей обмотки подключен к фазе однофазной сети переменного тока.
Введение в качестве полупроводникового ключа динисторов вместо полевых транзисторов, что использовано в устройстве, выбранном в качестве прототипа, приводит к отсутствию необходимости в оборудовании для управления полупроводниковыми ключами и способствует обеспечению возможности повышения надежности, снижения габаритов и повышения экономичности коммутатора включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока. Отсутствие необходимости в оборудовании для управления полупроводниковыми ключами обусловлено использованием свойства динистора при прямом включении не пропускать ток до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет определенной величины; такое свойство динистора связанно с тем, что динистор является не управляющим тиристором, и у него нет третьего управляющего вывода при использовании для механизмов, не требующих реверса и регулировки скорости, а требующих только запуска и работы.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема полупроводникового коммутатора включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока; на фиг. 2 - векторная диаграмма эллиптического вращающегося поля статора двигателя, которое состоит из четырех фиксированных положений магнитного потока; на фиг. 3 - направления магнитного потока и протекающего тока по обмоткам статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 2; на фиг. 4 - пофазное изменение напряжения в обмотках статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 2.
Кроме того, на чертежах изображено следующее:
- Φ - фаза;
- О - ноль;
- С1-С6 - выводы статорных обмоток трехфазного асинхронного двигателя;
- VS и VS2 - динисторы.
- I, II, III, IV - последовательные фиксированные положения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора двигателя;
- прямые линии со стрелками, обозначенные римскими цифрами, - направления вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора двигателя;
- Uсети=f(t) - изменение питающего напряжения во времени;
- прямые линии со стрелками вдоль обмоток статора двигателя - направления магнитного потока и тока в обмотках статора;
- t1-t5 - моменты времени коммутации транзисторов.
Коммутатор включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока снабжен полупроводниковым ключом 1, подключающим первую обмотку 2, вторую обмотку 3, третью обмотку 4 трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети переменного тока. В качестве полупроводникового ключа 1 использованы первый динистор 5 (VS1) и второй динистор 6 (VS2), включенные встречно параллельно.
Анод первого динистора 5 (VS1) и катод второго динистора 6 (VS2) объединены и подключены к фазе однофазной сети переменного тока. Катод первого динистора 5 (VS1) и анод второго динистора 6 (VS2) объединены и подключены к началу 7 (C3) второй обмотки 3 трехфазного асинхронного двигателя. Таким образом, начало 7 (C3) второй обмотки 3 подключено к полупроводниковому ключу 1.
Начало 8 (C1) первой обмотки 2 трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а конец 9 (C2) первой обмотки 2 - к нулю однофазной сети переменного тока. Конец 10 (C4) второй обмотки 3 подключен к нулю однофазной сети переменного тока. Начало 11 (C5) третьей обмотки 4 подключено к нулю однофазной сети переменного тока, а конец 12 (C6) третьей обмотки 4 подключен к фазе однофазной сети переменного тока.
Коммутатор включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока работает следующим образом. Векторно-алгоритмическое управление осуществляется срабатыванием динисторов в определенной последовательности. Для обеспечения вращения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фиг.2, в последовательности I-II-III-IV, необходимо чтобы динистор 5 (VS1) срабатывал на более низком напряжении, чем динистор 6 (VS2). Тогда динистор 5 (VS1) и динистор 6 (VS2) будут срабатывать в следующей последовательности:
- в начальный момент времени положительная полуволна напряжения проходит по первой обмотке 2, и по третьей обмотке 4 протекает ток - I фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t1 срабатывает динистор 6 (VS2), и начинает протекать ток по второй обмотке 3, при этом в первой обмотке 2 и в третьей обмотке 4 ток протекает - II фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t2 отрицательная полуволна напряжения проходит по первой обмотке 2, и по третьей обмотке 4 протекает ток, динистор 5 (VS1) закрыт - III фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t3 срабатывает динистор 6 (VS2) - IV фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора.
Таким образом, предлагаемая полезная модель имеет преимущества по сравнению с известной из-за отсутствия необходимости в дополнительных элементах управления полупроводниковыми ключами и, как следствие, из-за более высоких показателей надежности и экономичности, а также меньших габаритов. Поэтому предлагаемое устройство предпочтительно использовать для механизмов, не требующих реверса и регулировки скорости, а только запуска и работы.