Транзисторный реверсивный частотный преобразователь для двухфазного асинхронного двигателя

Полезная модель относится к устройствам запуска и регулирования скорости двухфазных асинхронных двигателей при питании от постоянного источника напряжения.
Известно устройство конденсаторного пуска двухфазного асинхронного двигателя от однофазного переменного напряжения, содержащее конденсатор, первый вход которого подключен к фазному проводу однофазной сети, а второй вход к первому входу второй обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя, второй вход которой подключен к нулевому проводу двухфазной сети. Первая обмотка статора двухфазного асинхронного двигателя первым входом подключена к фазному проводу однофазной сети, а вторым входом подключена к нулевому проводу однофазной сети (Попов B.C. Теоретическая электротехника. Учебник для техникумов. - 2-е издание переработанное. - М., Энергия, 1978. - С. 456).
Однако конденсатор, обеспечивающий пуск и работу электродвигателя не имеет возможности регулировки скорости и реверса без дополнительных устройств или специальной схемы, а также конденсатор имеет большую емкость, что удорожает стоимость электропривода.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству (прототипом) является транзисторный реверсивный частотный преобразователь для двухфазного двигателя, содержащий первый транзистор p-n-р, второй транзистор n-р-n, третий транзистор p-n-р, четвертый транзистор n-p-n, пятый транзистор p-n-р и шестой транзистор n-p-n, первый диод, второй диод, третий диод, четвертый диод, пятый диод, шестой диод. Коллекторы первого, третьего и пятого транзисторов p-n-р объединены в пары с коллекторами соответственно четвертого, шестого и второго транзисторов n-p-n и подключены к выходам устройства. Эмиттеры первого, третьего и пятого транзисторов р-n-р подключены к плюсу источника питания. Эмиттеры второго, четвертого и шестого транзисторов n-p-n подключены к минусу источника питания. В качестве диодов использованы фотодиоды. Анод первого фотодиода соединен с коллектором первого транзистора p-n-р, а катод первого фотодиода соединен с базой первого транзистора р-n-р. Катод второго фотодиода соединен с коллектором второго транзистора n-p-n, а анод второго фотодиода соединен с базой второго транзистора n-p-n. Анод третьего фотодиода соединен с коллектором третьего транзистора p-n-р, а катод третьего фотодиода соединен с базой третьего транзистора p-n-р. Катод четвертого фотодиода соединен с коллектором четвертого транзистора n-p-n, а анод четвертого фотодиода соединен с базой четвертого транзистора n-p-n. Анод пятого фотодиода соединен с коллектором пятого транзистора р-n-р, а катод пятого фотодиода соединен с базой пятого транзистора p-n-р. Катод шестого фотодиода соединен с коллектором шестого транзистора n-p-n, а анод шестого фотодиода соединен с базой шестого транзистора n-p-n. (RU 176148, МПК Н02Р 21/12)
Однако в данном устройстве не предусмотрено гашение ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотках статора двухфазного асинхронного двигателя в моменты коммутации полупроводниковых ключей, что может привести к повышению напряжения на полупроводниковых ключах выше допустимого и выходу их из стоя, а также нет надежного запирания транзисторов в нерабочий промежуток времени.
Техническая проблема повышения надежности устройства, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, заключается в создании транзисторного реверсивного частотного преобразователя для двухфазного асинхронного двигателя с гашением ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотках статора двухфазного асинхронного двигателя при коммутации транзисторов, а также надежного запирания транзисторов в нерабочий промежуток времени.
Решение данной технической проблемы достигается тем, что транзисторный реверсивный частотный преобразователь для двухфазного асинхронного двигателя, содержащий первый транзистор p-n-р, второй транзистор n-p-n, третий транзистор р-n-р, четвертый транзистор n-p-n, пятый транзистор p-n-р и шестой транзистор n-p-n, первый диод, второй диод, третий диод, четвертый диод, пятый диод, шестой диод, коллекторы первого, третьего и пятого транзисторов p-n-р объединены в пары с коллекторами соответственно четвертого, шестого и второго транзисторов n-p-n, эмиттеры первого, третьего и пятого транзисторов p-n-р подключены к плюсу источника питания, эмиттеры второго, четвертого и шестого транзисторов n-p-n подключены к минусу источника питания, в качестве диодов использованы фотодиоды, анод первого фотодиода соединен с коллектором первого транзистора p-n-р, а катод первого фотодиода соединен с базой первого транзистора p-n-р, катод второго фотодиода соединен с коллектором второго транзистора n-p-n, а анод второго фотодиода соединен с базой второго транзистора n-р-n, анод третьего фотодиода соединен с коллектором третьего транзистора p-n-р, а катод третьего фотодиода соединен с базой третьего транзистора p-n-р, катод четвертого фотодиода соединен с коллектором четвертого транзистора n-p-n, а анод четвертого фотодиода соединен с базой четвертого транзистора n-p-n, анод пятого фотодиода соединен с коллектором пятого транзистора p-n-р, а катод пятого фотодиода соединен с базой пятого транзистора p-n-р, катод шестого фотодиода соединен с коллектором шестого транзистора n-p-n, а анод шестого фотодиода соединен с базой шестого транзистора n-p-n, объединенные коллекторы первого транзистора p-n-р и четвертого транзистора n-p-n подключены к началу первой обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя, объединенные коллекторы пятого транзистора p-n-р и второго транзистора n-p-n подключены к началу второй обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя. Конец первой обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя объединен в общую точку с концом второй обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя. Объединенные коллекторы третьего транзистора p-n-р и шестого транзистора n-p-n подключены к общей точке обмоток статора. Согласно полезной модели к эмиттерам четвертого и второго транзисторов n-p-n подключены аноды первого и второго диодов, соответственно, к коллекторам четвертого и второго транзисторов n-p-n подключены катоды первого и второго диодов соответственно. К эмиттерам первого и пятого транзисторов p-n-р подключены катоды третьего и четвертого диодов соответственно, к коллекторам первого и пятого транзисторов p-n-р подключены аноды третьего и четвертого диодов соответственно. Кроме того, база каждого транзистора n-p-n через сопротивление подключена к минусу источника питания, а база каждого транзистора p-n-р через сопротивление подключена к плюсу источника питания.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема транзисторного реверсивного частотного преобразователя для двухфазного асинхронного двигателя; на фиг. 2 - векторная диаграмма магнитного поля статора на шесть векторов; на фиг. 3 - потактовая диаграмма работы транзисторного реверсивного частотного преобразователя для двухфазного асинхронного двигателя для создания кругового поля, состоящего из восьми векторов.
Кроме того, на чертеже изображено следующее:
+- плюс источника питания;
- - минус источника питания;
А - обмотка статора первой фазы;
В - обмотка статора второй фазы;
t1-t6 - промежутки времени коммутации транзисторов;
1-6 - положение вектора магнитного поля по тактам;
D1-D4- диоды;
VD1-VD6 - фотодиоды;
VT1, VT3, VT5 - транзисторы р-n-р;
VT2, VT4, VT6 - транзисторы n-p-n;
Rl -R6 - резисторы;
- направления вектора магнитного поля статора двухфазного асинхронного двигателя;
- направления токов в обмотках статора двухфазного асинхронного двигателя.
Транзисторный реверсивный частотный преобразователь для двухфазного асинхронного двигателя содержит первый транзистор p-n-р 1(VT1), второй транзистор n-р-n 2(VT2), третий транзистор p-n-р 3(VT3), четвертый транзистор n-p-n 4(VT4), пятый транзистор p-n-р 5(VT5) и шестой транзистор n-p-n 6(VT6), коллекторы первого 1(VT1), третьего 3(VT3) и пятого 5(VT5) транзисторов p-n-р объединены в пары с коллекторами соответственно четвертого 4(VT4), шестого 6(VT6) и второго 2(VT21) транзисторов n-p-n, эмиттеры первого 1(VT1), третьего 3(VT3) и пятого 5(VT5) транзисторов р-n-р подключены к плюсу источника питания 7(+), эмиттеры второго 2(VT2), четвертого 4(VT4) и шестого 6(VT6) транзисторов n-p-n подключены к минусу источника питания 8(-), анод первого фотодиода 9(VD1) соединен с коллектором первого транзистора р-n-р 1(VT1), а катод первого фотодиода 9(VD1) соединен с базой первого транзистора р-n-р 1(VT1), катод второго фотодиода 10(VD2) соединен с коллектором второго транзистора n-р-n 2(VT2), а анод второго фотодиода 10(VD2) соединен с базой второго транзистора n-р-n 2(VT2), анод третьего фотодиода 11(VD3) соединен с коллектором третьего транзистора р-n-р 3(VT3), а катод третьего 11(VD3) фотодиода соединен с базой третьего транзистора р-n-р 3(VT3), катод четвертого фотодиода 12(VD4) соединен с коллектором четвертого транзистора n-p-n 4(VT4), а анод четвертого фотодиода 12(VD4) соединен с базой четвертого транзистора n-p-n 4(VT4), анод пятого фотодиода 13(VD5) соединен с коллектором пятого транзистора p-n-р 5(VT5), а катод пятого фотодиода 13(VD5) соединен с базой пятого транзистора p-n-р 5(VT5), катод шестого фотодиода 14(VD6) соединен с коллектором шестого транзистора n-p-n 6(VT6), а анод шестого фотодиода 14(VD6) соединен с базой шестого транзистора n-p-n 6(VT6). Объединенные коллекторы первого транзистора p-n-р 1(VT1) и четвертого транзистора n-p-n 4(VT4) подключены к началу первой обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя 15(A), объединенные коллекторы пятого транзистора p-n-р 5(VT5) и второго транзистора n-р-n 2(VT2) подключены к началу второй обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B). Конец первой обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя 15(A) объединен в общую точку с концом второй обмотки статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B). Объединенные коллекторы третьего транзистора р-n-р 3(VT3) и шестого транзистора n-р-n 6(VT6) подключены к общей точке обмоток статора. К эмиттерам четвертого 4(VT4) и второго 2(VT2) транзисторов n-p-n подключены аноды первого 17(D1) и второго 18(D2) диодов, соответственно, к коллекторам четвертого 4(VT4) и второго 2(VT2) транзисторов n-p-n подключены катоды первого 17(D1) и второго 18(D2) диодов соответственно. К эмиттерам первого 1(VT1) и пятого 5(VT5) транзисторов p-n-р подключены катоды третьего 19(D3) и четвертого 20(D4) диодов соответственно, к коллекторам первого 1(VT1) и пятого 5(VT5) транзисторов р-n-р подключены аноды третьего 19(D3) и четвертого 20(D4) диодов соответственно. Кроме того базы четвертого 4(VT4), шестого 6(VT6), второго 2(VT2) транзисторов n-p-n через сопротивления 21(R4), 22(R6), 23(R2), соответственно, подключены к минусу источника питания 8(-), а базы первого 1(VT1), третьего 3(VT3), пятого (VT5) транзисторов р-n-р через сопротивления 24(R1), 25(R3), 26(R5), соответственно, подключены к плюсу источника питания 7(+).
Работа устройства при создании векторов магнитной индукции в порядке, представленном на фиг. 2, осуществляется следующим образом.
Так для создания первого (1) вектора (фиг. 2) магнитного поля статора в первый промежуток времени t1 (фиг. 3) управляющий сигнал подается на первый фотодиод 9(VD1) и шестой фотодиод 14(VD6) (фиг. 1), таким образом, открываются соответственно первый транзистор p-n-р 1(VT1) и шестой транзистор n-р-n 6(VT6) (фиг. 1).
Для обеспечения второго (2) положения вектора (фиг. 2) магнитного поля статора во второй промежуток времени 12 (фиг. 3) управляющий импульс подается на первый 9(VD1) и второй 10(VD2) фотодиоды, кроме того с шестого фотодиода 14(VD6) сигнал снимается и шестой транзистор 6(VT6) закрывается, а первый транзистор p-n-р 1(VT1) и второй транзистор n-р-n 2(VT2) открыты. Ток протекает через первую обмотку статора двухфазного асинхронного двигателя 15(A) в прямом направлении, указанном на фиг. 1 сплошной стрелкой, и через вторую обмотку статора двухфазного асинхронного двигателя 16 (В) в обратном направлении, указанном на рисунке фиг. 1 пунктирной стрелкой.
По окончанию промежутка времени 12 (фиг. 3), управляющий сигнал снимается с первого фотодиода 9(VD1), первый транзистор p-n-р 1(VT1) закрывается и протекание тока по первой обмотке статора двухфазного асинхронного двигателя 15(A) прекращается, возникающая при этом ЭДС самоиндукции замыкается по пути: первая обмотка статора двухфазного асинхронного двигателя 15(A), вторая обмотка статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B), второй транзистор n-p-n (VT2), первый диод 17(D1), первая обмотка статора двухфазного асинхронного двигателя 15(A).
Для создания третьего (3) положения вектора (фиг. 2) магнитного поля статора в промежуток времени t3 (фиг. 3) управляющий сигнал подается на второй 10(VD2) и третий 11(VD3) фотодиоды, второй транзистор n-p-n 2(VT2) и третий транзистор р-n-р 3(VT3) открыты. Ток протекает через вторую обмотку статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B) в обратном направлении.
По окончанию третьего промежутка времени 13 (фиг. 3), прекращается подача управляющего сигнала на второй фотодиод 10(VD2), второй транзистор n-p-n 2(VT2) закрывается и ток перестает протекать по второй обмотке статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B), возникающая при этом ЭДС самоиндукции замыкается по пути: вторая обмотка статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B), четвертый диод 20(D4), третий транзистор p-n-р 3(VT3), вторая обмотка статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B).
Для создания четвертого (4) вектора (фиг. 2) магнитного поля статора в промежуток времени 14 (фиг. 3) управляющий сигнал подается на третий 11(VD3) и четвертый 12(VD4) фотодиоды, соответствующие третий транзистор p-n-р 3(VT3) и четвертый транзистор n-р-n 4(VT4) открыты. Ток протекает по первой обмотке статора двухфазного асинхронного двигателя 15(A) в обратном направлении.
Для создания пятого (5) положения вектора (фиг. 2) магнитного поля статора в промежуток времени 15 (фиг. 3) управляющий сигнал подается на четвертый 12 (VD4) и пятый 13(VD5) фотодиоды, а с третьего фотодиода 11(VD3) снимается управляющий сигнал. Тогда пятый транзистор p-n-р 5(VT5) и четвертый транзистор n-р-n 4(VT4) находятся в открытом состоянии, а третий транзистор р-n-р 3(VT3) закрыт. Тем самым обеспечивается протекание тока через первую обмотку статора двухфазного асинхронного двигателя 15(A) в обратном направлении и через вторую обмотку статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B) в прямом направлении.
По окончанию промежутка времени t5 (фиг. 3), управляющий сигнал снимается с четвертого фотодиода 12(VD4), четвертый транзистор n-p-n 4(VT4) закрывается и протекание тока по первой обмотке статора двухфазного асинхронного двигателя 15(A) прекращается, возникающая при этом ЭДС самоиндукции замыкается по пути: первая обмотка статора двухфазного асинхронного двигателя 15(A), третий диод 19(D3), пятый транзистор p-n-р 5(VT5), вторая обмотка статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B), первая обмотка статора двухфазного асинхронного двигателя 15(A).
Для создания шестого (6) положения вектора (фиг. 2) магнитного поля статора в промежуток времени t6 (фиг. 3) управляющий сигнал подается на пятый 13 (VD5) и шестой 14(VD6) фотодиоды. Пятый транзистор p-n-р 5(VT5) и шестой транзистор 6(VT6) открыты, ток протекает через вторую обмотку статора двухфазного асинхронного двигателя 16 (В) в прямом направлении.
По окончанию промежутка времени t6 (фиг. 3), управляющий сигнал снимается с пятого фотодиода 13(VD5), таким образом, пятый транзистор p-n-р 5(VT5) закрывается и ток перестает протекать по второй обмотке статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B), возникающая при этом ЭДС самоиндукции замыкается по пути: вторая обмотка статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B), шестой транзистор n-p-n 6(VT6), второй диод 18(D2), вторая обмотка статора двухфазного асинхронного двигателя 16(B).
В промежуток времени t7 (фиг. 3) вновь создается первое (1) положение вектора (фиг. 2) магнитного поля статора, также, как и в промежуток времени t1, сигнал подается на первый 9(VD1) и шестой 14(VD6) фотодиоды, открываются первый транзистор р-n-р 1(VT1) и шестой транзистор n-р-n 6(VT6).
Функция реверса осуществляется посредством создания векторов магнитного поля статора в обратном порядке.
Дискретное регулирование скорости в сторону ее увеличения с помощью данного устройства происходит путем уменьшения (четыре или три) количества создаваемых векторов магнитного поля статора при постоянной частоте тактирования. Если необходимо изменение скорости вращения трехфазного асинхронного двигателя в широком диапазоне, при постоянном количестве создаваемых векторов магнитного поля статора (восемь, четыре или три), изменяется частота тактирования.
Таким образом, использование транзисторного реверсивного частотного преобразователя для двухфазного асинхронного двигателя позволяет повысить надежность устройства за счет обеспечения гашения ЭДС самоиндукции, возникающей в обмотках статора двухфазного асинхронного двигателя при коммутации транзисторов, а также надежного запирания транзисторов в нерабочий промежуток времени.