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 до трех раз, мощность двигателя падает до 50% от номинальной.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является однофазно-трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, ведомый однофазной сетью, 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 питающей сети переменного тока. Начала второй и третьей обмоток трехфазного асинхронного двигателя подключены к нулю однофазной питающей сети переменного тока. Первый полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной питающей 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. В качестве полупроводниковых ключей использованы два транзистора. При этом эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с фазой однофазной питающей сети переменного тока, а коллекторы первого и второго транзисторов соединены с концами второй и третьей обмоток трехфазного асинхронного двигателя соответственно (патент RU 109356, МПК Н02Р 27/16 (2006.01).
Основным недостаткам описанного однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора является узкая сфера использования вследствие создания эллиптического электромагнитного вращающегося поля статора, что обеспечивает невысокое значение момента на валу двигателя, и вследствие обеспечения возможности работы устройства и двигателя только на одной скорости при частоте однофазной сети переменного тока 50 Гц, обусловленного схемой включения обмоток.
Предлагаемой полезной моделью решается задача расширения сферы использования устройства в связи с созданием кругового вращающегося магнитного потока поля статора по сравнению с созданием эллиптического электромагнитного вращающегося поля статора в устройстве, выбранном в качестве прототипа, что обеспечивает более высокое значение момента на валу двигателя и улучшение энергетических характеристик, и в связи с обеспечением работы устройства и двигателя на разных скоростях при частоте однофазной сети переменного тока 50 Гц, обусловленного предложенной схемой включения обмоток.
Для решения поставленной задачи в однофазно-трехфазном транзисторном реверсивном коммутаторе, ведомом однофазной сетью, снабженном двумя полупроводниковыми ключами, в качестве которых использованы два транзистора, подключающие обмотки трехфазного асинхронного двигателя к однофазной питающей сети переменного тока, причем начало первой обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а ее конец - к нулю однофазной питающей сети переменного тока, эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с фазой однофазной питающей сети переменного тока, а коллекторы первого и второго транзисторов соединены со второй и третьей обмотками трехфазного асинхронного двигателя соответственно, согласно полезной модели коллектор первого транзистора соединен с началом второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя, а коллектор второго транзистора соединен с началом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя. При этом концы трех обмоток трехфазного асинхронного двигателя соединены в общую нулевую точку, которая подключена к нулю однофазной питающей сети переменного тока.
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:
- Φ - 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 с обозначением 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.
Однофазно-трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, ведомый однофазной сетью, снабжен двумя полупроводниковыми ключами, в качестве которых использованы два транзистора, подключающими обмотки трехфазного асинхронного двигателя к однофазной питающей сети переменного тока.
Эмиттер первого транзистора 1 (VT1) соединен с фазой однофазной питающей сети переменного тока, коллектор первого транзистора 1 (VT1) соединен с началом 2 (С2) второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя. Эмиттер второго транзистора 3 (VT2) соединен с фазой однофазной питающей сети переменного тока, коллектор второго транзистора 3 (VT2) соединен с началом 4 (С3) третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя. Начало первой обмотки 5 (C1) трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а ее конец 6 (С4) - к нулю однофазной питающей сети переменного тока. Конец 6 (С4) первой обмотки трехфазного асинхронного двигателя, конец 7 (CS) второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя и конец 8 (С6) третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя соединены в общую нулевую точку 9, которая подключена к нулю однофазной питающей 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 3 (VT2) в следующей последовательности:
- в начальный момент времени начинает протекать ток по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя, и подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT2 - I - фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t1 продолжает протекать ток по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя, и снимается отпирающее управляющее напряжение с базы транзистора VT2 - II - фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t2 протекает ток по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя, и подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT1 - III - фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t3 начинает протекать ток в обратную сторону по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя, снимается отпирающее управляющее напряжение с базы транзистора VT1 и подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT2 - IV - фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t4 продолжает протекать ток в обратную сторону по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя и снимается отпирающее управляющее напряжение с базы транзистора VT2 - V - фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t5 протекает ток в обратную сторону по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя, и подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT1 - VI - фиксированное положение вектор магнитного потока поля статора.
Для обеспечения вращения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора в обратную сторону (реверс двигателя) в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фиг. 5, в последовательности III-II-I-VI-V-IV, необходимо подавать управляющее напряжение на базы транзисторов 1 (VT1) и 3 (VT2) в следующей последовательности:
- в начальный момент времени начинает протекать ток по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя, и подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT1 - III - фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t1 продолжает протекать ток по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя, и снимается отпирающее управляющее напряжение с базы VT1 - II - фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t2 протекает ток по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя, и подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT2 - I - фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t3 начинает протекать ток в обратную сторону по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя, снимается отпирающее управляющее напряжение с базы VT2 и подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT1 - VI - фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t4 продолжает протекать ток в обратную сторону по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя, и снимается отпирающее управляющее напряжение с базы VT1 - V - фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t5 протекает ток в обратную сторону по первой обмотке трехфазного асинхронного двигателя и подается отпирающее управляющее напряжение на базу VT2 - IV фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора.
Таким образом, обеспечивается расширение сферы использования устройства в связи с созданием кругового вращающегося магнитного потока поля статора, что обеспечивает более высокое значение момента на валу двигателя и улучшение энергетических характеристик, и в связи с обеспечением работы устройства и двигателя на разных скоростях при частоте однофазной сети переменного тока 50 Гц, обусловленного предложенной схемой включения обмоток.