РЕВЕРСИВНЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ КОММУТАТОР ОДНОФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ПИТАНИИ ОТ ТРЕХФАЗНОЙ СЕТИ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам пуска и регулировки скорости вращения ротора однофазного асинхронного электродвигателя при питании от трехфазной сети переменного тока и может быть использована в электроприводе для запуска, регулировки скорости вращения ротора и осуществления реверса однофазных асинхронных электродвигателей, статорные обмотки которых соединены под углом 90°.
Известно устройство пуска однофазного асинхронного двигателя от однофазной сети с использованием конденсаторного сдвига в статорной цепи, у которого первый вывод первой статорной обмотки двигателя соединен с нулем питающей сети, а второй вывод первой статорной обметки двигателя соединен с первым выводом второй статорной обмотки двигателя и с фазой питающей сети. Второй вывод второй статорной обмотки двигателя соединен с первой обкладкой бумажного конденсатора. Вторая обкладка конденсатора соединена с нулем питающей сети. В качестве питающей сети использована однофазная сеть переменного тока (Копылов И.П. Электрические машины. Учебник для вузов / И.П. Копылов. - М.: Высшая школа, 2006. - С. 343, рис. 3.96).
Основными недостатками описанного устройства пуска однофазного асинхронного двигателя от однофазной сети с использованием конденсаторного сдвига в статорной цепи являются отсутствие возможности осуществления реверса двигателя и регулирования скорости вращения ротора, повышенные габариты вследствие необходимости использования бумажных конденсаторов большой емкости.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является реверсивное бесконденсаторное устройство пуска однофазного двухобмоточного асинхронного двигателя, снабженное двумя полупроводниковыми устройствами, каждое из которых содержит пару параллельно соединенных полупроводниковых ключей, предназначенных для питания статорных обмоток двигателя. В качестве полупроводниковых ключей использованы четыре транзистора, по два транзистора в паре, пропускающих ток в обоих направлениях и предназначенных для функционирования в ключевом режиме. В качестве питающей сети использована однофазная сеть переменного тока. В первом полупроводниковом устройстве первые выводы полупроводниковых ключей подсоединены к питающей сети, вторые выводы полупроводниковых ключей объединены, и их общий вывод предназначен для соединения с первым выводом первой статорной обмотки двигателя; во втором полупроводниковом устройстве первые выводы полупроводниковых ключей подсоединены к питающей сети, вторые выводы полупроводниковых ключей объединены, и их общий вывод предназначен для соединения со вторым выводом первой статорной обмотки двигателя. Таким образом, эмиттер первого полупроводникового ключа первого полупроводникового устройства и эмиттер третьего полупроводникового ключа второго полупроводникового устройства подсоединены к фазе питающей сети, эмиттер второго полупроводникового ключа первого полупроводникового устройства и эмиттер четвертого полупроводникового ключа второго полупроводникового устройства подсоединены к нулю питающей сети, коллекторы первого и второго полупроводниковых ключей первого полупроводникового устройства объединены и предназначены для подключения к первому выводу первой статорной обмотки двигателя. Первый вывод второй статорной обмотки двигателя соединен с фазой питающей сети, а второй вывод второй статорной обмотки двигателя соединен с нулем питающей сети (патент RU 157687, МПК Н02Р 1/42 (2006.01), Н02Р 27/04 (2006.01)).
Основным недостатком этого реверсивного бесконденсаторного устройства пуска однофазного двухобмоточного асинхронного двигателя является отсутствие возможности осуществления реверса и регулировки частоты вращения асинхронного двигателя.
Предлагаемой полезной моделью решается задача осуществления реверса асинхронного двигателя и регулировки частоты вращения ротора.
Для решения поставленной задачи в реверсивном регулируемом коммутаторе однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети, снабженном двумя полупроводниковыми устройствами, каждое из которых содержит параллельно соединенные полупроводниковые ключи, предназначенные для питания статорных обмоток двигателя, причем в первом полупроводниковом устройстве первые выводы полупроводниковых ключей подсоединены к питающей сети, вторые выводы полупроводниковых ключей объединены, и их общий вывод предназначен для соединения с первым выводом первой статорной обмотки двигателя, во втором полупроводниковом устройстве первые выводы полупроводниковых ключей подсоединены к питающей сети, вторые выводы полупроводниковых ключей объединены, согласно полезной модели в качестве питающей сети использована трехфазная сеть переменного тока, в качестве полупроводниковых ключей первого полупроводникового устройства использованы три симистора, первый, второй и третий, в качестве полупроводниковых ключей второго полупроводникового устройства использованы три симистора, четвертый, пятый и шестой. Первые выводы первого и четвертого симисторов соединены с фазой А питающей сети, первые выводы второго и пятого симисторов соединены с фазой В питающей сети, первые выводы третьего и шестого симисторов соединены с фазой С питающей сети. В первом полупроводниковом устройстве второй вывод первого симистора соединен со вторыми выводами второго и третьего симисторов, и их общий вывод предназначен для соединения с первым выводом первой статорной обмотки двигателя. Во втором полупроводниковом устройстве второй вывод четвертого симистора соединен со вторыми выводами пятого и шестого симисторов, и их общий вывод предназначен для соединения с первым выводом второй статорной обмотки двигателя. Вторые выводы статорных обмоток двигателя соединены, и их общий вывод присоединен к нулю питающей сети.
Обеспечение реверса асинхронного двигателя и регулировки частоты вращения ротора достигается за счет использования симисторов для протекания тока в прямом и обратном направлении при коммутации статорных обмоток двигателя в определенной последовательности.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого реверсивного регулируемого коммутатора однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети; на фиг. 2 и фиг. 3 показаны питающие напряжения на статорных обмотках при разных частотах соответственно; на фиг. 4 изображена векторная диаграмма вращения магнитного поля статора, состоящая из четырех фиксированных положений магнитного потока статора.
Кроме того, на чертеже использованы следующие обозначения:
- А, В, С, - фазы питающей сети;
- 0 - ноль питающей сети;
- L1, L2 - статорные обмотки асинхронного двигателя;
- I, II, III, IV - последовательные фиксированные положения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора асинхронного двигателя;
- t0, t2…t5 - моменты времени коммутации симисторов;
- короткие стрелки-векторы - поэтапное изменение направления результирующего магнитного поля статора;
- дугообразные линии со стрелками - направления вращения магнитного поля статора;
- длинные вертикальные и горизонтальные сплошные стрелки - прямое направление тока в статорных обмотках асинхронного двигателя;
- длинные вертикальные и горизонтальные пунктирные стрелки - обратное направление тока в статорных обмотках асинхронного двигателя.
Реверсивный регулируемый коммутатор однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети снабжен полупроводниковыми устройствами 1 и 2, каждое из которых содержит параллельно соединенные полупроводниковые ключи, предназначенные для питания статорных обмоток двигателя. В качестве полупроводниковых ключей полупроводникового устройства 1 использованы первый симистор 3 (VS1), второй симистор 4 (VS2) и третий симистор 5 (VS3). В качестве полупроводниковых ключей полупроводникового устройства 2 использованы четвертый симистор 6 (VS4), пятый симистор 7 (VS5) и шестой симистор 8 (VS6). В качестве питающей сети использована трехфазная сеть переменного тока.
В полупроводниковом устройстве 1 первый вывод симистора 3 (VS1) соединен с фазой А питающей сети, первый вывод симистора 4 (VS2) подключен к фазе В питающей сети, первый вывод симистора 5 (VS3) подключен к фазе С питающей сети, второй вывод симистора 3 (VS1) соединен со вторым выводом симистора 4 (VS2) и со вторым выводом симистора 5 (VS3), и их общий вывод предназначен для соединения с первым выводом 9 первой статорной обмотки 10 (L1).
В полупроводниковом устройстве 2 первый вывод симистора 6 (VS4) предназначен для соединения с фазой А питающей сети, первый вывод симистора 7 (VS5) подключен к фазе В питающей сети, первый вывод симистора 8 (VS6) подключен к фазе С питающей сети, второй вывод симистора 6 (VS4) соединен со вторым выводом симистора 7 (VS5) и вторым выводом симистора 8 (VS6), и их общий вывод предназначен для соединения с первым выводом 11 второй статорной обмотки 12 (L2). Второй вывод 13 первой статорной обмотки 10 (L1) и второй вывод 14 статорной обмотки 12 (L2) объединены и подключены к нулю питающей сети.
Работа реверсивного регулируемого коммутатора однофазного асинхронного двигателя при питании от трехфазной сети осуществляется следующим образом.
Для обеспечения вращения магнитного поля статора и получения частоты вращения ротора 50 Гц. В начальный момент времени t0 (Фиг 2) открывается симистор 3 (VS1) и симистор 7 (VS5) (фиг. 1), ток идет в прямом направлении по обмотке 10 (L1) и в обратном направлении по обмотке 12 (L2) двигателя. Образуется первое положение вектора магнитного поля статора (фиг. 4).
В момент времени t1 вновь подается сигнал на закрывшийся симистор 7 (VS5), симистор 3 (VS1) остается открытым, ток идет по обмотке 10 (L1) и обмотке 12 (L2) двигателя. Образуется второе положение вектора магнитного поля статора.
В момент времени t2 вновь подается сигнал на закрывшийся симистор 3 (VS1), симистор 7 (VS5) остается открытым, ток идет по обмотке 10 (L1) и обмотке 12 (L2) двигателя. Образуется третье положение вектора магнитного поля статора.
В момент времени t3 вновь подается сигнал на закрывшийся симистор 7 (VS5), симистор 3 (VS1) остается открытым, ток идет по обмотке 10 (L1) и обмотке 12 (L2) двигателя. Образуется четвертое положение вектора магнитного поля статора.
В момент времени t4 открывается симистор 3 (VS1) и симистор 7 (VS5), ток идет по обмотке 10 (L1) и по обмотке 12 (L2) электродвигателя, то есть цикл будет повторяться. Поле статора получается круговым, изменяющимся во времени.
Для обеспечения работы двигателя на пониженной частоте с начального момента времени 10 (Фиг. 3) до момента времени t1 будут работать симисторы 3 (VS1), 4 (VS2), обеспечивая протекание тока в прямом направлении через обмотку 10 (L1), и симисторы 7 (VS5) и 8 (VS6), обеспечивая протекание тока в обратном направлении через обмотку 12 (L2) двигателя. Образуется первое положение вектора магнитного поля статора (Фиг. 3).
С момента времени t1 до момента времени t2 будут работать симисторы 5 (VS3), 3 (VS1), обеспечивая протекание тока через обмотку 10 (L1), и симисторы 8 (VS6) и 6 (VS4), обеспечивая протекание тока через обмотку 12 (L2) двигателя. Образуется второе положение вектора магнитного поля статора.
С момента времени t2 до момента времени t3 будут работать симисторы 3 (VS1), 4 (VS2), обеспечивая протекание тока через обмотку 10 (L1), и симисторы 7 (VS5) и 8 (VS6), обеспечивая протекание тока через обмотку 12 (L2) двигателя. Образуется третье положение вектора магнитного поля статора.
С момента времени t3 до момента времени t4 будут работать симисторы 5 (VS3), 3 (VS1), обеспечивая протекание тока через обмотку 10 (L1), и симисторы 8 (VS6) и 6 (VS4), обеспечивая протекание тока через обмотку 12 (L2) двигателя. Образуется четвертое положение вектора магнитного поля статора.
С момента времени t4 до момента времени t5 будут работать симисторы 3 (VS1), 4 (VS2), 7 (VS5) и 8 (VS6), то есть цикл будет повторяться. Поле статора получается круговым, изменяющимся во времени. Для обеспечения реверса частота включения симисторов не меняется, изменяется только порядок включения (Фиг. 3).
Таким образом, предлагаемая полезная модель имеет преимущества по сравнению с прототипом из-за возможности осуществления регулировки частоты вращения ротора и осуществления реверса электродвигателя.