Реверсивное устройство для запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети

Предлагаемая полезная модель относится к реверсивным электроприводам переменного тока с асинхронным короткозамкнутым двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения и может быть использована для запуска асинхронного двигателя с возможностью реверса.
Известно устройство пуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя при питании от однофазной сети переменного напряжения, в котором конденсатор подключен к общим точкам соединения первой и третьей, второй и третьей статорных обмоток, фаза питающего напряжения подключена к общей точке соединения второй и третьей статорных обмоток, ноль питающего напряжения подключен к общей точке соединения первой и второй статорных обмоток (Вольдек А.И. Электрические машины / А.И. Вольдек. - М.: Энергия, 1974. - С. 612, рис. 30-7).
Недостатком данного устройства является невозможность реверса без изменения способа соединения обмоток, конденсатора и питающей сети.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является реверсивное устройство коммутации запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети, в котором каждый из четырех реверсивных полупроводниковых коммутаторов устройства содержит два встречено-параллельно соединенных транзистора, предназначенные для питания статорных обмоток электродвигателя при соединении статорных обмоток по схеме «треугольник». В первом коммутаторе коллектор первого транзистора соединен с эмиттером второго транзистора, и их общий вывод предназначен для соединения с фазой питающей сети; эмиттер первого транзистора соединен с коллектором второго транзистора, и их общий вывод предназначен для соединения с общим выводом первой и второй статорных обмоток. Во втором коммутаторе коллектор третьего транзистора соединен с эмиттером четвертого транзистора, и их общий вывод предназначен для соединения с нулем питающей сети, эмиттер третьего транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора, и их общий вывод предназначен для соединения с общим выводом второй и третьей статорных обмоток. В третьем коммутаторе коллектор пятого транзистора соединен с эмиттером шестого транзистора, и их общий вывод предназначен для соединения с фазой питающей сети, эмиттер пятого транзистора соединен с коллектором шестого транзистора, и их общий вывод предназначен для соединения с общим выводом первой и третьей статорных обмоток. В четвертом коммутаторе коллектор седьмого транзистора соединен с эмиттером восьмого транзистора, и их общий вывод предназначен для соединения с нулем питающей сети, и эмиттер седьмого транзистора соединен с коллектором восьмого транзистора, и их общий вывод предназначен для соединения с общим выводом первой и второй статорных обмоток. Устройство предназначено для запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя с возможностью реверса (патент RU 193358, МПК Н02Р 1/42 (2006.01), Н02Р 25/062 (2016.01)).
Основным недостатком описанного устройства является пониженная надежность вследствие большого числа реверсивных полупроводниковых коммутаторов, следовательно, возможность прохождения тока короткого замыкания через первый и четвертый реверсивные полупроводниковые коммутаторы.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, заключается в создании реверсивного устройства для запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети, имеющего повышенную надежность, при исключении возможности прохождения тока короткого замыкания между коммутаторами.
Решение настоящей технической проблемы достигается тем, что в реверсивном устройстве для запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети, содержащее реверсивные полупроводниковые коммутаторы, каждый из которых содержит два встречно-параллельно соединенных транзистора, предназначенные для питания статорных обмоток электродвигателя при соединении статорных обмоток по схеме «треугольник», причем во втором реверсивном полупроводниковом коммутаторе коллектор третьего транзистора соединен с эмиттером четвертого транзистора, и общая точка их соединения подключена к нулю питающего напряжения, эмиттер третьего транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора, и общая точка их соединения подключена к общему выводу второй и третьей статорных обмоток, в первом реверсивном полупроводниковом коммутаторе эмиттер первого транзистора соединен с коллектором второго транзистора, и общая точка их соединения подключена к общему выводу первой и третьей статорных обмоток, согласно полезной модели коллектор первого транзистора соединен с эмиттером второго транзистора, и общая точка их соединения подключена к нулю питающего напряжения. Общий вывод первой и второй статорных обмоток подключен к фазе питающего напряжения.
Повышение надежности реверсивного устройства для запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети при исключении возможности прохождения тока короткого замыкания между коммутаторами обусловлено изменением связей между уменьшенным в два раза количеством реверсивных полупроводниковых коммутаторов, статорными обмотками и фазами питающего напряжения.
Путем изменения порядка включения транзисторов обеспечивается реверс двигателя. За счет уменьшения числа коммутаторов повышается надежность, упрощается система управления коммутаторами.
Предлагаемая модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема реверсивного устройства для запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети; на фиг. 2 представлен график работы транзисторов; на фиг. 3 приведена векторная диаграмма магнитного поля статора.
Кроме того, на чертежах дополнительно изображено следующее:
- Ф - фаза питающего напряжения;
- О - ноль питающего напряжения;
- T1-Т4 - транзисторы;
- А, В, С - первая, втора и третья статорные обмотки; -: переменное питающее напряжение;
- t0-t6 - моменты открытия или закрытия транзисторов при движении вперед;
- t6-t12 - моменты открытия или закрытия транзисторов при движении назад;
- Uпит - однофазное питающее напряжение;
- I-VI - фиксированные положения вектора магнитного поля статора.
Реверсивное устройство для запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети содержит два реверсивных полупроводниковых коммутатора, каждый из которых снабжен двумя встречно-параллельно соединенными транзисторами, предназначенными для питания статорных обмоток электродвигателя при соединении статорных обмоток по схеме «треугольник». В первом реверсивном полупроводниковом коммутаторе эмиттер первого транзистора соединен с коллектором второго транзистора, и общая точка их соединения подключена к общему выводу первой и третьей статорных обмоток; коллектор первого транзистора соединен с эмиттером второго транзистора, и общая точка их соединения подключена к нулю питающего напряжения. Во втором реверсивном полупроводниковом коммутаторе коллектор третьего транзистора соединен с эмиттером четвертого транзистора, и общая точка их соединения подключена к нулю питающего напряжения, эмиттер третьего транзистора соединен с коллектором четвертого транзистора, и общая точка их соединения подключена к общему выводу второй и третьей статорных обмоток. Общий вывод первой и второй статорных обмоток подключен к фазе питающего напряжения.
Пример конкретного выполнения реверсивного устройства для запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети.
Реверсивное устройство для запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети включает два реверсивных полупроводниковых коммутатора, каждый из которых содержит два встречно-параллельно соединенных транзистора, предназначенные для питания статорных обмоток электродвигателя при соединении статорных обмоток по схеме «треугольник».
В первом реверсивном полупроводниковом коммутаторе эмиттер первого транзистора 1 (Т1) соединен с коллектором второго транзистора 2 (Т2), и общая точка их соединения 3 подключена к общему выводу 4 первой статорной обмотки 5 (А) и третьей статорной обмотки 6 (С); коллектор первого транзистора 1 (Т1) соединен с эмиттером второго транзистора 2 (Т2), и общая точка 7 их соединения подключена к нулю (О) питающего напряжения.
Во втором реверсивном полупроводниковом коммутаторе коллектор третьего транзистора 8 (Т3) соединен с эмиттером четвертого транзистора 9 (Т4), и общая точка 10 их соединения подключена к нулю (О) питающего напряжения; эмиттер третьего транзистора 8 (ТЗ) соединен с коллектором четвертого транзистора 9 (Т4), и общая точка 11 их соединения подключена к общему выводу 12 второй статорной обмотки 13 (В) и третьей статорной обмотки 6 (С).
Общий вывод 14 первой статорной обмотки 5 (А) и второй статорной обмотки 13 (В) подключен к фазе (Ф) питающего напряжения.
Работа реверсивного устройства для запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети осуществляется следующим образом.
При вращении двигателя вперед в отрицательную полуволну в момент времени t0 открывается транзистор 1 (Т1), ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для первой статорной обмотки 5 (А): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 7, транзистор 1 (Т1), точка 3, общий вывод 4, первая статорная обмотка 5 (A), общий вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Для второй статорной обмотки 13 (В) и третьей статорной обмотки 6 (С): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 7, транзистор 1 (Т1), общая точка 3, общий вывод 4, третья статорная обмотка 6 (С), общий вывод 12, вторая статорная обмотка 13 (В), общий вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается I положение вектора магнитного поля статора двигателя. В момент времени t1 открывается транзистор 8 (ТЗ), транзистор 1 (Т1) остается открытым, ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для первой статорной обмотки 5 (A): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 7, транзистор 1 (Т1), точка 3, общий вывод 4, первая статорная обмотка 5 (А), общий вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Для второй статорной обмотки 13 (B): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 10, транзистор 8 (Т3), общая точка 11, общий вывод 12, вторая статорная обмотка 13 (B), общий вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается II положение вектора магнитного поля статора двигателя. В момент времени t2 транзистор 1 (Т1) закрывается, транзистор 8 (Т3) остается открытым, ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для второй статорной обмотки 13 (B): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 10, транзистор 8 (Т3), общая точка 11, общий вывод 12, вторая статорная обмотка 13 (B), вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Для третьей статорной обмотки 6 (C) и первой статорной обмотки 5 (A): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 10, транзистор 8 (Т3), общая точка 11, общий вывод 12, третья статорная обмотка 6 (С), общий вывод 4, первая статорная обмотка 5 (А), общий вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается III положение вектора магнитного поля статора двигателя.
При вращении двигателя вперед в положительную полуволну в момент времени t3 открывается транзистор 2 (Т2), ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для первой статорной обмотки 5 (А): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, первая статорная обмотка 5 (А), общий вывод 4, общая точка 3, транзистор 2 (Т2), общая точка 7, ноль (О) питающего напряжения. Для второй статорной обмотки 13 (B) и третьей статорной обмотки 6 (C): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, вторая статорная обмотка 13 (B), общий вывод 12, третья статорная обмотка 6 (C), общий вывод 4, общая точка 3, транзистор 2 (Т2), общая точка 7, ноль (О) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается IV положение вектора магнитного поля статора двигателя. В момент времени t4 открывается транзистор 9 (Т4), транзистор 2 (Т2) остается открытым, ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для первой статорной обмотки 5 (A): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, первая статорная обмотка 5 (A), общий вывод 4, общая точка 3, транзистор 2 (Т2), общая точка 7, ноль (О) питающего напряжения. Для второй статорной обмотки 13 (B): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, вторая статорная обмотка 13 (B), общий вывод 12, общая точка 11, транзистор 9 (Т4), общая точка 10, ноль (О) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается V положение вектора магнитного поля статора двигателя. В момент времени t5 транзистор 2 (Т2) закрывается, транзистор 9 (Т4) остается открытым, ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для второй статорной обмотки 13 (B): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, вторая статорная обмотка 13 (B), общий вывод 12, общая точка 11, транзистор 9 (Т4), общая точка 10, ноль (О) питающего напряжения. Для первой статорной обмотки 5 (А) и третьей статорной обмотки 6(C): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, первая статорная обмотка 5(A), общий вывод 4, третья статорная обмотка 6 (C), общий вывод 12, общая точка 11, транзистор 9 (Т4), общая точка 10, ноль (О) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается VI положение вектора магнитного поля статора двигателя.
С момента времени t6 порядок открытия транзисторов повторяется.
При вращении двигателя назад в отрицательную полуволну в момент времени t6 открывается транзистор 8 (Т3), ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для второй статорной обмотки 13 (B): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 10, транзистор 8 (Т3), общая точка 11, общий вывод 12, вторая статорная обмотка 13 (B), общий вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Для третьей статорной обмотки 6 (C) и первой статорной обмотки 5 (А): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 10, транзистор 8 (Т3), общая точка 11, общий вывод 12, третья статорная обмотка 6 (C), общий вывод 4, первая статорная обмотка 5 (А), общий вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается III положение вектора магнитного поля статора двигателя. В момент времени t7 открывается транзистор 1 (Т1), транзистор 8 (Т3) остается открытым, ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для первой статорной обмотки 5 (А): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 7, транзистор 1 (Т1), общая точка 3, общий вывод 4, первая статорная обмотка 5 (А), общий вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Для второй статорной обмотки 13 (B): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 10, транзистор 8 (Т3), общая точка 11, общий вывод 12, вторая статорная обмотка 13 (B), общий вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается II положение вектора магнитного поля статора двигателя. В момент времени t8 транзистор 8 (Т3) закрывается, транзистор 1 (Т1) остается открытым, ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для первой статорной обмотки 5 (А): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 7, транзистор 1 (Т1), общая точка 3, общий вывод 4, первая статорная обмотка 5 (А), общий вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Для второй статорной обмотки 13 (B) и третьей статорной обмотки 6 (C): ноль (О) питающего напряжения, общая точка 7, транзистор 1 (Т1), общая точка 3, общий вывод 4, третья статорная обмотка 6(C), общий вывод 12, вторая статорная обмотка 13 (В), общий вывод 14, фаза (Ф) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается I положение вектора магнитного поля статора двигателя.
При вращении двигателя назад в положительную полуволну в момент времени t9 открывается транзистор 9 (Т4), ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для второй статорной обмотки 13 (B): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, вторая статорная обмотка 13 (B), общий вывод 12, общая точка 11, транзистор 9 (Т4), общая точка 10, ноль (0) питающего напряжения. Для первой статорной обмотки 5 (А) и третьей статорной обмотки 6 (C): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, первая статорная обмотка 5 (А), общий вывод 4, третья статорная обмотка 6 (C), общий вывод 12, общая точка 11, транзистор 9 (Т4), общая точка 10, ноль (0) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается VI положение вектора магнитного поля статора двигателя. В момент времени t10 открывается транзистор 2 (Т2), транзистор 9 (Т4) остается открытым, ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для первой статорной обмотки 5 (А): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, первая статорная обмотка 5 (А), общий вывод 4, общая точка 3, транзистор 2 (Т2), общая точка 7, ноль (0) питающего напряжения. Для второй статорной обмотки 13 (B): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, вторая статорная обмотка 13 (B), общий вывод 12, общая точка 11, транзистор 9 (Т4), общая точка 10, ноль (0) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается V положение вектора магнитного поля статора двигателя. В момент времени t11 транзистор 9 (Т4) закрывается, транзистор 2 (Т2) остается открытым, ток через статорные обмотки протекает по следующим контурам. Для первой статорной обмотки 5 (А): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, первая статорная обмотка 5 (А), общий вывод 4, общая точка 3, транзистор 2 (Т2), общая точка 7, ноль (0) питающего напряжения. Для второй статорной обмотки 13 (B) и третьей статорной обмотки 6 (C): фаза (Ф) питающего напряжения, общий вывод 14, вторая статорная обмотка 13 (B), общий вывод 12, третья статорная обмотка 6 (C), общий вывод 4, общая точка 3, транзистор 2 (Т2), общая точка 7, ноль (0) питающего напряжения. Таким образом, обеспечивается IV положение вектора магнитного поля статора двигателя.
С момента времени t12 порядок открытия транзисторов повторяется.
Таким образом, реверсивное устройство для запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого двигателя от однофазной сети имеет повышенную надежность вследствие использования двух реверсивных полупроводниковых коммутаторов с предложенным расположением элементов устройства, что исключает возможность короткого замыкания.