Полупроводниковое устройство запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам запуска трехфазных асинхронных электродвигателей от однофазной сети и может быть использована в электроприводе для питания трехфазных асинхронных электродвигателей, статорные обмотки которых соединены по схеме «разорванная звезда».
Известно устройство регулирования частоты вращения трехфазного асинхронною электродвигателя от однофазной сети, содержащее полупроводниковые ключи, в качестве которых использованы такие силовые полупроводниковые элементы, как три симистора или шесть тиристоров, образующие встречно-параллельные пары, для коммутации обмоток электродвигателя. Один из выходов каждого симистора или один из общих выходов каждой встречно-параллельной пары полупроводниковых элементов, выполненных в виде тиристоров, подключен к фазе питающей сети, а другой выход каждого симистора или другой общий выход каждой встречно-параллельной пары полупроводниковых элементов, выполненных в виде тиристоров, подключен к соответствующей статорной обмотке. При этом статорные обмотки электродвигателя соединены в звезду, а нулевой вывод электродвигателя подключен к нулю питающей сети (Глазенко Т.А. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности. / Т.А. Глазенко. - Ленинград: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1983. - С. 61. рис. 2-12, схема №12).
Основными недостатками описанного устройства регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети являются низкая надежность, что объясняется значительным количеством силовых полупроводниковых элементов.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство конденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети, содержащее бумажный конденсатор большой емкости, индуктивность и полупроводниковый ключ, образованный встречно-параллельной парой полупроводниковых элементов, выполненных в виде двух тиристоров. Один выход полупроводникового ключа подсоединен к нулю питающей сети, выполненной в виде однофазной сети переменного тока для питания трехфазного асинхронного двигателя, а другой выход полупроводникового ключа подсоединен к индуктивности. Конденсатор и индуктивность имеют общий выход, который предназначен для соединения с выходом, то есть с началом, первой статорной обмотки. Другой выход конденсатора соединен с общей точкой двух тиристоров, соединенных встречно-параллельно, то есть с одним выходом полупроводникового ключа, с нулем питающей сети и с одним выходом, то есть с началом, второй статорной обмотки. Другой выход, то есть конец, второй статорной обмотки соединен с одним из выходов, а именно с концом третьей статорной обмотки, образуя общую точку. Другой выход, то есть начало, третьей обмотки соединено с фазой питающей сети и с другим выходом, а именно с концом первой статорной обмотки. Статорные обмотки данного электродвигателя соединены по типу «разорванная звезда» (Глазенко Т.А. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности. / Т.А. Глазенко. - Ленинград: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1983. - С. 61, рис. 2-12, схема №13).
Основным недостатком описанного устройства конденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети является низкая надежность вследствие необходимости использования как бумажных конденсаторов большой емкости, так и индуктивности, а также из-за непредсказуемости направления вращения двигателя.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, заключается в создании полупроводникового устройства запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети с повышенной надежностью.
Решение этой технической проблемы достигается тем, что полупроводниковое устройство запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети, содержащее полупроводниковый ключ, образованный встречно-параллельной парой полупроводниковых элементов, один выход которого подключен к нулю питающей сети, выполненной в виде однофазной сети переменного тока для питания трехфазного асинхронного двигателя, причем конец третьей статорной обмотки подключен к концу второй статорной обмотки, а статорные обмотки электродвигателя соединены по типу «разорванная звезда», согласно полезной модели устройство снабжено полупроводниковым ключом, образованным встречно-параллельными парами полупроводниковых элементов, причем встречно-параллельные пары полупроводниковых элементов обоих полупроводниковых ключей выполнены в виде транзисторов. При этом в первом полупроводниковом ключе коллектор первого транзистора соединен с эмиттером второго транзистора и соединен с началом второй статорной обмотки, и эмиттер первого транзистора соединен с коллектором второго транзистора и с нулем питающей сети, а во втором полупроводниковом ключе коллектор третьего транзистора соединен с эмиттером четвертого транзистора и соединен с началом третьей статорной обмотки, и эмиттер третьего транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора и с нулем питающей сети, конец второй статорной обмотки подключен к концу третьей статорной обмотки и подключен к фазе питающей сети, конец первой статорной обмотки подключен к нулю питающей сети, а начало первой статорной обмотки подключено к фазе питающей сети.
Повышение надежности полупроводникового устройства запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети обусловлено использованием двух полупроводниковых ключей с упрощенной системой управления их открытием и закрытием при отсутствии конденсатора и индуктивности.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема полупроводникового устройства запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети; на фиг. 2 - векторная диаграмма кругового вращающегося поля статора электродвигателя, которое состоит из шести фиксированных положений вектора магнитной индукции поля статора; на фиг. 3 - направления вектора магнитной индукции и протекающего тока по обмоткам статора электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 2; на фиг. 4 - пофазное изменение напряжения в обмотках статора электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг. 2.
Кроме того, на чертежах изображено следующее:
- Ф - фаза;
- 0 - ноль;
- А, В, С - статорные обмотки А, В и С трехфазного асинхронного электродвигателя соответственно;
- VT1-VT4 - транзисторы;
- I, II, III, IV, V, VI - последовательные фиксированные положения вектора магнитной индукции кругового вращающегося поля статора трехфазного асинхронного двигателя;
- прямые линии со стрелками - направления вектора магнитной индукции кругового вращающегося поля статора электродвигателя;
- дугообразные линии со стрелками - направления вращения магнитного поля статора;
- Uсети=f(t) - изменение питающего напряжения во времени;
A
B
C
- U, U, U - напряжения на статорных обмотках А, В, С;
- жирные точки - начала статорных обмоток;
- прямые линии со стрелками вдоль обмоток статора электродвигателя - направления вектора магнитной индукции и тока в обмотках статора;
- t1-t6 - моменты времени коммутации транзисторов.
Полупроводниковое устройство запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети содержит два полупроводниковых ключа, образованные двумя встречно-параллельными парами полупроводниковых элементов, каждая из которых выполнена в виде двух транзисторов.
В первом полупроводниковом ключе 1 коллектор первого транзистора 2 (VT1) соединен с эмиттером второго транзистора 3 (VT2), и их общий вывод соединен с началом второй статорной обмотки 4 (В). Эмиттер первого транзистора 2 (VT1) соединен с коллектором второго транзистора 3 (VT2) и их общий вывод соединен с нулем питающей сети.
Во втором полупроводниковом ключе 5 коллектор третьего транзистора 6 (VT3) соединен с эмиттером четвертого транзистора 7 (VT4) и их общий вывод соединен с началом третьей статорной обмотки 8 (С). Эмиттер третьего транзистора 6 (VT3) соединен с коллектором четвертого транзистора 7 (VT4), и их общий вывод соединен с нулем питающей сети.
Конец второй статорной обмотки 4 (В) соединен с концом третьей статорной обмотки 8 (С) и соединен с фазой питающей сети. Начало первой статорной обмотки 9 (А) соединено с фазой питающей сети. Конец первой статорной обмотки 9 (А) соединен с нулем питающей сети. Статорные обмотки 9 (А), 4 (В), 8 (С) электродвигателя соединены по схеме «разорванная звезда». Питающая сеть выполнена в виде однофазной сети переменного тока для питания трехфазного асинхронного двигателя.
Работа полупроводникового устройства запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети для шести фиксированных положений магнитного потока поля статора осуществляется следующим образом.
Векторно-алгоритмическое управление осуществляется путем открытия транзисторов 2 (VT1), 3 (VT2), 6 (VT3), 7 (VT4) в определенной последовательности. Для обеспечения вращения вектора магнитной индукции кругового вращающегося поля статора электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фиг. 2, в последовательности I-II-III-IV-V-VI, необходимо открывать транзисторы 2 (VT1), 3 (VT2), 6 (VT3), 7 (VT4) в следующей последовательности:
- в начальный момент времени, при прохождении положительной полуволны питающего напряжения открывается транзистор 2 (VT1), и ток проходит по обмотке 9 (А) и обмотке 4 (В) электродвигателя - образуется первое положение вектора магнитной индукции поля статора (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4);
- в момент времени t1 при положительной полуволне питающего напряжения откроется транзистор 6 (VT3), транзистор 2 (VT1) остается открытым, и ток пойдет по обмоткам 9 (А), 4 (В) и 8 (С) - образуется второе положение вектора магнитной индукции поля статора (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4);
- в момент времени t2 при положительной полуволне питающего напряжения закроется транзистор 2 (VT1), транзистор 6 (VT3) остается открытым, и ток пойдет по обмоткам 9 (А) и 8 (С) - образуется третье положение вектора магнитной индукции поля статора (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4);
- в момент времени t3, при прохождении отрицательной полуволны питающего напряжения закроется транзистор 6 (VT3) и откроется транзистор 3 (VT2), и ток пойдет по двум обмоткам 9 (А), 4 (В) - образуется четвертое положение вектора магнитной индукции поля статора (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4);
- в момент времени t4 откроется транзистор 7 (VT4), транзистор 3 (VT2) остается открытым, и ток пойдет по обмоткам 9 (А), 4 (В) и 8 (С) - образуется пятое положение вектора магнитной индукции поля статора (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4);
- в момент времени t5 закроется транзистор 3 (VT2), транзистор 7 (VT4) остается открытым, и ток пойдет по обмоткам 9 (А) и 8 (С) - образуется шестое положение вектора магнитной индукции поля статора (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4).
Поле статора получается вращающимся, эллипсоидным, пространственным, изменяющимся во времени. При прохождении следующей положительной полуволны в момент времени t6 цикл повторяется.
Таким образом, на основании изложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемое полупроводниковое устройство запуска трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети имеет преимущества по сравнению с известными: повышенные надежность и экономичность, а также уменьшенные габариты.