РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С КОЛЛЕКТОРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к регулируемым электроприводам переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения и может быть использована для плавного регулирования скорости коллекторного двигателя.
Известен электропривод переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения, содержащий якорь коллекторного двигателя, первый вход которого подключен к фазе питающего напряжения, а второй вход которого присоединен к первому входу обмотки возбуждения. Второй вход обмотки возбуждения присоединен к нулю питающего напряжения (Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для вузов / И.П. Копылов. - М.: Энегоатомиздат, 1986. - С. 344).
Недостатком этого устройства является невозможность регулировать скорость коллекторного двигателя, так как для этого необходимы дополнительные устройства.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является регулируемый электропривод переменного тока с трехфазным асинхронным электродвигателем, питающимся от однофазной сети, содержащий четыре диода, два тиристора и управляющее устройство. Общая точка соединения катода первого диода, анода первого тиристора и анода третьего диода подключена через общий вход двух обмоток возбуждения к фазе питающего напряжения. Общая точка соединения катода третьего диода и катода четвертого диода подключена к первому входу управляющего устройства. Общая точка соединения анода четвертого диода, анода второго тиристора и катода второго диода связана с первым входом одной из обмоток возбуждения двигателя, второй вход которой присоединен к нулю питающего напряжения. Общая точка соединения анодов первого диода и второго диода и общая точка соединения катодов первого и второго тиристоров подключены ко второму входу управляющего устройства. Выход с управляющего устройства в виде управляющего сигнала связан с объединенными управляющими электродами тиристоров (Голик В. Устройство запуска трехфазных электродвигателей. // Радио. - 1996. - №6. - С. 39).
Описанное устройство предназначено для запуска трехфазного асинхронного электродвигателя, и его основным недостатком является ограниченный диапазон регулирования скорости асинхронного двигателя путем изменения величины питающего напряжения, так как углом открытия тиристоров меняется в основном угол сдвига векторов магнитного поля статора для создания вращающегося поля статора и обеспечения запуска и работы асинхронного трехфазного электрического двигателя.
Предлагаемой полезной моделью решается задача плавной регулировки скорости коллекторного двигателя в широком диапазоне путем изменения величины питающего напряжения на электрическом двигателе.
Для решения поставленной задачи в регулируемом электроприводе переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения, содержащем четыре диода, два тиристора и управляющее устройство, причем общая точка соединения катода первого диода, анода первого тиристора и анода третьего диода подключена к фазе питающего напряжения, общая точка соединения катода третьего диода и катода четвертого диода подключена к первому входу управляющего устройства, общая точка соединения анода четвертого диода, анода второго тиристора и катода второго диода связана с первым входом обмотки возбуждения, второй вход которой присоединен к нулю питающего напряжения, общая точка соединения анодов первого и второго диодов и общая точка соединения катодов первого и второго тиристоров подключены ко второму входу управляющего устройства, выход управляющего устройства в виде управляющего сигнала связан с объединенными управляющими электродами тиристоров, согласно полезной модели общая точка соединения анода четвертого диода, анода второго тиристора и катода второго диода связана с первым входом обмотки возбуждения через первый и второй входы введенного в устройство якоря коллекторного двигателя.
Путем изменения угла открытия тиристоров изменяется величина напряжения, поступающая на якорь и обмотку возбуждения коллекторного двигателя, в широком диапазоне, что приводит к изменению скорости коллекторного двигателя также в широком диапазоне.
Предлагаемая модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена силовая модель регулируемого электропривода переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной цепи переменного напряжения; на фиг. 2 - тактовая диаграмма работы регулируемого электропривода переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной цепи переменного напряжения при разных углах открытия тиристора; на фиг. 3 - механические характеристики коллекторного двигателя при разных углах открытия тиристоров.
Кроме того, на чертеже дополнительно изображено следующее:
- Ф - фаза питающего напряжения;
- О: ноль питающего напряжения;
- VD1-VD4 - диоды;
- VS1-VS2 - тиристоры;
- УУ - управляющее устройство;
- УС - управляющий сигнал;
- ОВ - обмотка возбуждения двигателя;
- Я - якорь двигателя;
- U - переменное питающее напряжение;
- α1 и α2 - углы подачи управляющего сигнала;
- t1-t8 - моменты времени открытия или закрытия тиристоров;
- U1, U2 - среднее значение напряжения, поступающего на двигатель;
- ω - скорость двигателя;
- М - момент, развиваемый двигателем;
- A1-A4 - точки, характеризующие разную скорость двигателя;
- α1-α4 - угол управления открытием тиристоров VS1 и VS2.
Регулируемый электропривод переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения содержит четыре диода, два тиристора и управляющее устройство.
Общая точка 1 соединения катода первого диода 2 (VD1), анода первого тиристора 3 (VS1) и анода третьего диода 4 (VD3) подключена к фазе (Ф) питающего напряжения. Общая точка 5 соединения катода третьего диода 4 (VD3) и катода четвертого диода 6 (VD4) подключена к первому входу 7 управляющего устройства 8 (УУ). Общая точка 9 соединения анода первого диода 2 (VD1) и анода второго диода 10 (VD2) и общая точка 11 соединения катода первого тиристора 3 (VS1) и катода второго тиристора 12 (VS2) подключены ко второму входу 13 управляющего устройства 8 (УУ). Выход управляющего устройства 8 (УУ) в виде управляющего сигнала 14 (УС) связан с объединенными управляющими электродами первого тиристора 3 (VS1) и второго тиристора 12 (VS2).
Общая точка 15 соединения анода четвертого диода 6 (VD4), анода второго тиристора 12 (VS2) и катода второго диода 10 (VD2) связана с первым входом 16 обмотки возбуждения 17 (ОВ) через первый вход 18 и второй вход 19 якоря 20 (Я) коллекторного двигателя. Второй вход 21 обмотки возбуждения 17 (ОВ) присоединен к нулю (О) питающего напряжения.
Управляющее устройство 8 (УУ) предназначено для выработки управляющего сигнала 14 (УС) (Голик В. Устройство запуска трехфазных электродвигателей. // Радио. -1996. - №6. - С. 39), который открывает тиристоры с различным углом управления α.
Регулируемый электропривод переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения работает следующим образом.
Пока на тиристоры 3 (VS1) и 12 (VS2) не подан управляющий сигнал 14 (УС) от управляющего устройства 8 (УУ), ток через них не течет.
Питание управляющего устройства 8 (УУ) при положительной полуволне питающего напряжения происходит по контуру: фаза (Ф) питающего напряжения, точка 1, диод 4 (VD3), точка 6, первый вход 7 управляющего устройства 8 (УУ), второй вход 13 управляющего устройства 8 (УУ), точка 9, диод 10 (VD2), точка 15, первый вход 18 якоря 20 (Я) двигателя, второй вход 19 якоря 20 (Я) двигателя, первый вход 16 обмотки 17 (ОВ) возбуждения, второй вход 21 обмотки возбуждения 17 (ОВ), ноль (О) питающего напряжения.
При отрицательной полуволне питающего напряжения питание происходит по контуру: ноль (О) питающего напряжения, второй вход 21 обмотки 17 (ОВ) возбуждения, первый вход 16 обмотки 17 (ОВ) возбуждения, второй вход 19 якоря 20 (Я) двигателя, первый вход 18 якоря 20 (Я) двигателя, точка 15, диод 6 (VD4), точка 5, первый вход 7 управляющего устройства 8 (УУ), второй вход 13 управляющего устройства 8 (УУ), точка 9, диод 2 (VD1), точка 1, фаза (Ф) питающего напряжения.
При подаче управляющего сигнала с углом α1 в момент времени t1 (фиг. 2) на тиристоры 3 (VS1) и 12 (VS2) (фиг. 1) ток течет через тот тиристор, на анод которого подается положительная полуволна питающего напряжения, то есть через тиристор 3 (VS1) ток течет в цепи по контуру: фаза (Ф) питающего напряжения, точка 1, тиристор 3 (VS1), точка 11, точка 9, диод 10 (VD2), точка 15, первый вход 18 якоря 20 (Я) двигателя, второй вход 19 якоря 20 (Я) двигателя, первый вход 16 обмотки 17 (ОВ) возбуждения, второй вход 21 обмотки возбуждения 17 (ОВ), ноль (О) питающего напряжения до времени t2. На двигатель поступает напряжение U1 (фиг. 2).
В момент времени t2 напряжение в цепи станет равным нулю и тиристор 3 (VS1) автоматически закроется. На участке от t2 до t3 оба тиристора закрыты, и ток через двигатель не течет. В момент времени t3 открывается тот тиристор, на анод которого подается отрицательная полуволна питающего напряжения в проводящем направлении, то есть тиристор 12 (VS2) открывается, и ток начинает течь от нуля (О) питающего напряжения к фазе (Ф) питающего напряжения по контуру: ноль (О) питающего напряжения, второй вход 21 обмотки возбуждения 17 (ОВ), первый вход 16 обмотки возбуждения 17 (ОВ), второй вход 19 якоря 20 (Я) двигателя, первый вход 18 якоря 20 (Я) двигателя, точка 15, тиристор 12 (VS2), точка 11, точка 9, диод 2 (VD1), точка 1, фаза (Ф) питающего напряжения. В момент времени t4 напряжение в цепи станет равным нулю, и тиристор 12 (VS2) автоматически закроется.
Далее, с момента t4, процесс включения тиристоров повторяется. При изменении угла открытия α тиристоров, например время t5, угол α2 (фиг. 2), меняется значение напряжения U2 (фиг. 2), поступающее на двигатель, и тем самым изменяется скорость двигателя (фиг. 3, точки A1-A4). При подаче на двигатель разных значений напряжений можно получить разные скорости вращения двигателя.
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предложенная модель позволяет плавно регулировать скорость вращения коллекторного двигателя в широком диапазоне.