ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ РЕДУКТОР, ВЕДОМЫЙ ОДНОФАЗНОЙ СЕТЬЮ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Предлагаемая полезная модель относится к нерегулируемым преобразователям частоты, ведомым однофазной сетью переменного тока, и может быть использована в электроприводе переменного тока для питания асинхронных трехфазных двигателей, статорные обмотки которых соединены в звезду.
Известно устройство регулирования частоты вращения асинхронного трехфазного электродвигателя от однофазной сети, содержащее полупроводниковые ключи, в качестве которых использованы такие силовые элементы, как три симистора или шесть тиристоров для коммутации обмоток электродвигателя, подключающие статорные обмотки асинхронного трехфазного двигателя, соединенные в звезду, к однофазной питающей сети переменного тока. Один из выходов симистора или тиристора подключен к фазе однофазной питающей сети переменного тока, а другой выход тиристора или симистора подключен к началу соответствующей статорной обмотки. При этом концы статорных обмоток асинхронного трехфазного электродвигателя соединены в общую нулевую точку, которая подключена к нулю однофазной питающей сети переменного тока (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 устройства регулирования частоты вращения асинхронного трехфазного электродвигателя от однофазной сети являются низкая надежность и большие габариты вследствие использования большого числа полупроводниковых ключей.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является регулируемый однофазно-трехфазный полупроводниковый преобразователь частоты, ведомый сетью, содержащий полупроводниковые ключи, в качестве которых использованы биполярные транзисторы, подключающие статорные обмотки асинхронного трехфазного двигателя, соединенные в звезду, к фазе однофазной питающей сети переменного тока. Начало первой статорной обмотки асинхронного трехфазного двигателя подключено к фазе. Концы трех статорных обмоток асинхронного трехфазного двигателя соединены в общую нулевую точку, которая подключена к нулю однофазной питающей сети переменного тока. Эмиттеры первого и второго транзисторов соединены с фазой однофазной питающей сети переменного тока. Коллекторы первого и второго транзисторов соединены с началами второй и третьей статорных обмоток асинхронного трехфазного двигателя соответственно. Биполярные транзисторы, пропускающие ток в обоих направлениях в импульсном ключевом режиме на регулируемой частоте, выполнены на основе симметричной внутренней структуры (патент RU 136265, МПК H03K 17/00 (2006.01), Н02Р 25/04 (2006.01), Н02Р 27/16 (2006.01), Н02Р 1/42 (2006.01)).
Основными недостатками этого регулируемого однофазно-трехфазного полупроводникового преобразователя частоты, ведомого сетью, являются низкая надежность вследствие повышенного нагрева по причине потребления управляющего тока в усилительном режиме из-за работы биполярных транзисторов на переменном токе, сложность системы управления устройства ввиду необходимости учета полярности напряжения, проходящего через транзистор в каждый момент времени и дополнительный расход энергии на создание управляющего базового тока.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности и упрощения системы управления, а также снижения расхода энергии на управление полупроводниковыми ключами устройства.
Для решения поставленной задачи в полупроводниковом редукторе, ведомом однофазной сетью переменного тока, содержащем полупроводниковые ключи, в качестве которых использованы транзисторы, подключающие статорные обмотки асинхронного трехфазного двигателя, соединенные в звезду, к однофазной питающей сети переменного тока, причем начало первой статорной обмотки асинхронного трехфазного двигателя подключено к фазе, концы трех статорных обмоток асинхронного трехфазного двигателя соединены в общую нулевую точку, которая подключена к нулю однофазной питающей сети переменного тока, первый транзистор соединен с началом второй статорной обмотки асинхронного трехфазного двигателя и фазой однофазной питающей сети переменного тока, второй транзистор соединен с началом третьей статорной обмотки асинхронного трехфазного двигателя и фазой однофазной питающей сети переменного тока, согласно полезной модели использованы полевые транзисторы, при этом первые выводы первого и второго транзисторов соединены с фазой однофазной питающей сети переменного тока, второй вывод первого транзистора соединен с началом второй статорной обмотки асинхронного трехфазного двигателя, а второй вывод второго транзистора соединен с началом третьей статорной обмотки асинхронного трехфазного двигателя.
Повышение надежности, упрощение системы управления устройства и снижение расхода энергии обусловлены использованием в качестве полупроводниковых ключей, пропускающих ток в обоих направлениях, полевых транзисторов без необходимости учета полярности напряжения, проходящего через транзисторы, и без подачи на транзисторы базового тока, так как управление полевым транзистором осуществляется электростатическим полем, создаваемым зарядами.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема полупроводникового редуктора, ведомого однофазной сетью переменного тока; 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.
Кроме того, на чертежах изображено следующее:
- Ф - фаза;
- 0 - ноль;
- А, В, С - статорные обмотки асинхронного трехфазного двигателя;
- VT1 и VT2 - полевые транзисторы.
- I, II, III, IV, V, VI - последовательные фиксированные положения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора двигателя;
- прямые линии со стрелками - 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.
Полупроводниковый редуктор, ведомый однофазной сетью переменного тока, содержит полупроводниковые ключи, в качестве которых использованы полевые транзисторы, подключающие статорные обмотки асинхронного трехфазного двигателя, соединенные в звезду, к однофазной питающей сети переменного тока.
Первый вывод 1 первого транзистора 2 (VT1) подключен к фазе однофазной питающей сети переменного тока, а второй вывод 3 первого транзистора 2 (VT1) соединен с началом 4 второй статорной обмотки В асинхронного трехфазного двигателя. Первый вывод 5 второго транзистора 6 (VT2) подключен к фазе однофазной питающей сети переменного тока, а второй вывод 7 второго транзистора 6 (VT2) соединен с началом 8 третьей статорной обмотки С асинхронного трехфазного двигателя. Таким образом, первый транзистор 2 (VT1) соединен с началом 4 второй статорной обмотки В асинхронного трехфазного двигателя и фазой однофазной питающей сети переменного тока, а второй транзистор 6 (VT2) соединен с началом 8 третьей статорной обмотки С асинхронного трехфазного двигателя и фазой однофазной питающей сети переменного тока.
Начало 9 первой статорной обмотки А двигателя соединено с фазой однофазной питающей сети переменного тока. Концы трех статорных обмоток соединены между собой в общую нулевую точку 10 звезды, которая подсоединена к нулю однофазной питающей сети переменного тока.
Работа полупроводникового редуктора, ведомого однофазной сетью переменного тока, происходит следующим образом. Первоначально на затворы всех транзисторов подается напряжение, создающее электрическое поле для их закрытия. Векторно-алгоритмическое управление осуществляется снятием напряжения с затворов соответствующих транзисторов в определенной последовательности. 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 осуществлять снятие напряжения с затворов транзисторов 2 (VT1), 6 (VT2) в следующей последовательности:
- в начальный момент времени снимается напряжение с затвора транзистора 6 (VT2) - образуется I фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t1 подается напряжение на затвор транзистора 6 (VT2) - образуется II фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t2 снимается напряжение с затвора транзистора 2 (VT1) - образуется III фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t3 подается напряжение на затвор транзистора 2 (VТ1), снимается напряжение с затвора транзистора 6 (VT2) - образуется IV фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t4 подается напряжение на затвор транзистора 6 (VT2) - образуется V фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t5 снимается напряжение с затвора транзистора 2 (VT1) - образуется VI фиксированное положение вектор магнитного потока поля статора.
Таким образом, на основании изложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемая полезная модель имеет преимущества по сравнению с известными аналогичными устройствами из-за повышенной надежности и упрощенной системы управления транзисторами.