ОДНОФАЗНО-ТРЕХФАЗНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ РЕВЕРСИВНЫЙ КОММУТАТОР, ВЕДОМЫЙ ОДНОФАЗНОЙ СЕТЬЮ

Предлагаемая полезная модель относится к реверсивным 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).
Основными недостатками 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 обычно уменьшается в три раза, а мощность двигателя падает до 50% от номинальной.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) - осуществление питания трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети переменного тока с обеспечением реверса - является однофазно-трехфазный реверсивный коммутатор, содержащий полупроводниковые ключи, подключающие обмотки трехфазного асинхронного двигателя к однофазной питающей сети переменного тока. Начало первой обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а ее конец - к нулю однофазной сети переменного тока. Начала второй и третьей обмоток подключены к нулю однофазной сети переменного тока. В качестве полупроводниковых ключей использованы четыре запираемых тиристора, образующие встречно-параллельные пары, или использованы четыре запираемых транзистора с диодной защитой, образующие встречно-параллельные пары. Первый полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя. Второй полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя (патент RU 2344540, МПК Н02Р 1/42 (2006.01), Н02Р 25/04 (2006.01), Н02Р 27/16 (2006.01)).
Основными недостатками описанного однофазно-трехфазного реверсивного коммутатора являются низкая надежность, повышенные габариты и стоимость вследствие необходимости использования большого числа полупроводниковых элементов, образующих полупроводниковые ключи - четырех тиристоров или четырех транзисторов с четырьмя диодами.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности и экономичности, а также снижения габаритов однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью.
Для решения поставленной задачи в однофазно-трехфазном транзисторном реверсивном коммутаторе, ведомом однофазной сетью, снабженном полупроводниковыми ключами, причем начало первой обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а ее конец - к нулю однофазной сети переменного тока, начала второй и третьей обмоток подключены к нулю однофазной сети переменного тока, первый полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя и второй полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя, согласно предлагаемой полезной модели в качестве полупроводниковых ключей использованы транзисторы, у которых эмиттеры соединены с фазой питающей сети, коллектор первого транзистора соединен с концом второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя и коллектор второго транзистора соединен с концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя.
Повышение надежности, экономичности и снижение габаритов однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью, обусловлено свойством симметричных транзисторов пропускать ток в ключевом режиме в обоих направлениях, на чем основана введенная схема полупроводниковых ключей, в качестве которых использованы именно два транзистора.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью; на фиг.2 - векторная диаграмма кругового вращающегося поля статора двигателя, которое состоит из шести 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; на фиг.5 - векторная диаграмма кругового вращающегося поля статора двигателя, которое состоит из шести фиксированных положений магнитного потока при обратном направлении вращения двигателя; на фиг.6 - направления магнитного потока и протекающего тока по обмоткам статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.5; на фиг.7 - пофазное изменение напряжения в обмотках статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.5.
Кроме того, на чертежах изображено следующее:
- Ф - фаза;
- 0 - ноль;
- С1-С6 - выводы статорных обмоток трехфазного асинхронного двигателя;
- VT1 и VT2 - транзисторы.
- I, II, III, IV, V, VI - последовательные фиксированные положения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора двигателя;
- прямые линии со стрелками - направления вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора двигателя;
- U ceти=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.
Однофазно-трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, ведомый однофазной сетью, содержит первый и второй полупроводниковые ключи, в качестве которых использованы соответственно первый и второй транзисторы. При этом начало первой обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а ее конец - к нулю однофазной сети переменного тока, начала второй и третьей обмоток подключены к нулю однофазной сети переменного тока. Эмиттеры обоих транзисторов, являющихся полупроводниковыми ключами, соединены с фазой однофазной сети переменного тока. Коллектор первого транзистора, являющегося первым полупроводниковым ключом, соединен с концом второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя. Коллектор второго транзистора, являющегося вторым полупроводниковым ключом, соединен с концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя.
Пример выполнения однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью. Устройство содержит два полупроводниковые ключи, в качестве которых использованы два транзистора. Эмиттер первого транзистора 1 (VT1), являющегося первым полупроводниковым ключом, соединен с фазой питающей сети, а коллектор этого транзистора соединен с концом второй обмотки 2 (С4) трехфазного асинхронного двигателя. Эмиттер второго транзистора 3 (VT2), являющегося вторым полупроводниковым ключом, предназначен для соединения с фазой питающей сети, а коллектор данного транзистора соединен с концом третьей обмотки 4 (С6) трехфазного асинхронного двигателя.
Начало первой обмотки 5 (С1) трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а ее конец 6 (С2) - к нулю однофазной сети переменного тока. Начала второй обмотки 7 (С3) и третьей обмотки 8 (С5) подключены к нулю однофазной сети переменного тока.
Работа однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью, происходит следующим образом. В статорные обмотки трехфазного асинхронного двигателя подается однофазное переменное напряжение посредством коммутации соответствующих полупроводниковых ключей, обеспечивающих получение вращающегося магнитного поля статора. 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-V-VI, необходимо подавать управляющее напряжение на базы транзисторов 1 (VT1) и 2 ( VT2) в следующей последовательности:
- в начальный момент времени подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT1 - 1 фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t1 подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT2 - II фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t2 снимается отпирающее управляющее напряжение с базы VT1 - III фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t3 подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT1 - IV фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t4 подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT2
- V фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t5 снимается отпирающее управляющее напряжение с базы VT1 - V1 фиксированное положение вектор магнитного потока поля статора.
Для обеспечения вращения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фиг.5, в последовательности I-II-III-IV-V-VI, необходимо подавать управляющее напряжение на базы транзисторов 1, 2 (VT1, VT2) в следующей последовательности:
- в начальный момент времени подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT2 - 1 фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t1 подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT1 - II фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t2 снимается отпирающее управляющее напряжение с базы VT2 - III фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t3 подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT2 - IV фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t4 подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT1
- V фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t5 снимается отпирающее управляющее напряжение с базы VT2 - VI фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора.
Таким образом, предлагаемая полезная модель имеет преимущества по сравнению с известными аналогами из-за более высоких показателей надежности и экономичности, а также меньших габаритов.