ОДНОФАЗНО-ТРЕХФАЗНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ РЕВЕРСИВНЫЙ КОММУТАТОР, ВЕДОМЫЙ СЕТЬЮ

Предлагаемая полезная модель относится к реверсивным полупроводниковым коммутаторам, ведомым однофазной сетью переменного тока, и может быть использована в нерегулируемом электроприводе переменного тока для питания от однофазной сети трехфазных асинхронных двигателей.
Известно устройство питания трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети с использованием конденсаторного сдвига в статорной цепи, осуществляющее питание от однофазной сети трехфазного асинхронного двигателя с обмотками, соединенными в звезду, в котором для получения вращающегося поля статора одна обмотка трехфазного асинхронного двигателя подключена к однофазной сети через конденсатор, а две другие обмотки - напрямую к однофазной сети (Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высших технических учебных заведений / А.И.Вольдек. - Л.: Энергия, 1974. - С.612, рис.30-7).
Основными недостатками описанного устройства питания трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети с использованием конденсаторного сдвига в статорной цепи является необходимость применения бумажных конденсаторов большой емкости, в результате чего момент двигателя обычно уменьшается в три раза, а мощность двигателя падает до 40% от номинальной.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является однофазно-трехфазный реверсивный коммутатор, содержащий ведомые сетью два полупроводниковых ключа, подключающие обмотки трехфазного асинхронного двигателя к однофазной питающей сети переменного тока. Полупроводниковые ключи выполнены на запираемых тиристорах и образованы встречно-параллельными парами. Начало первой обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а ее конец - к нулю однофазной сети переменного тока. Начала второй и третьей обмоток подключены к нулю однофазной сети переменного тока. Первый полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя. Второй полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя (патент RU 2344540, МПК Н02Р 1/42 (2006.01), Н02Р 25/04 (2006.01), Н02Р 27/16 (2006.01)).
Основными недостатками описанного однофазно-трехфазного реверсивного коммутатора являются необходимость использования большого числа полупроводниковых ключей (четыре тиристора или четыре транзистора и четыре диода), что снижает надежность однофазно-трехфазного реверсивного коммутатора и увеличивает его габариты и стоимость.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности и экономичности, а также снижении габаритов коммутатора.
Для решения поставленной задачи в однофазно-трехфазном транзисторном реверсивном коммутаторе, ведомом сетью, снабженном полупроводниковыми ключами, подключающими обмотки трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети переменного тока, причем начало первой обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а ее конец - к нулю однофазной сети переменного тока, начала второй и третьей обмоток подключены к нулю однофазной сети переменного тока, первый полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя и второй полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя, согласно предлагаемой полезной модели в качестве полупроводниковых ключей использованы два полевых транзистора, у которых первые выводы соединены с фазой питающей сети, второй вывод первого транзистора соединен с концом второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя и второй вывод второго транзистора соединен с концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя.
Обеспечение возможности повышения надежности, снижение габаритов и повышение экономичности однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого сетью, обусловлено использованием способности полевых транзисторов пропускать ток в прямом и обратном направления без учета полярности приложенного к ним питающего напряжения, и вследствие этого изменением схемы подключения полупроводниковых ключей при уменьшении числа полупроводниковых элементов, то есть - введением двух полевых транзистора вместо четырех тиристоров или вместо четырех транзисторов и четырех диодов.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого сетью; 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; на фиг.5 - векторная диаграмма кругового вращающегося поля статора двигателя, которое состоит из шести фиксированных положений магнитного потока при обратном направлении вращения двигателя; на фиг.6 - направления магнитного потока и протекающего тока по обмоткам статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.5; на фиг.7 - пофазное изменение напряжения в обмотках статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.5.
Кроме того, на чертежах изображено следующее:
- Ф - фаза;
- 0 - ноль;
- С1-С6 - выводы статорных обмоток трехфазного асинхронного двигателя;
- VT1-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;
- Uceти=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.
Однофазно-трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, ведомый сетью, снабжен двумя полупроводниковыми ключами, подключающими обмотки трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети переменного тока, в качестве каждого из которых использован полевой транзистор.
В первом полупроводниковом ключе первый вывод 1 первого транзистора 2 (VT1) предназначен для соединения с фазой питающей сети, второй вывод 3 первого транзистора 2 (VT1) соединен с концом второй обмотки 4 (С4) трехфазного асинхронного двигателя. Во втором полупроводниковом ключе первый вывод 5 второго транзистора 6 (VT2) предназначен для соединения с фазой питающей сети, второй вывод 7 второго транзистора 6 (VT2) соединен с концом третьей обмотки 8 (С6) трехфазного асинхронного двигателя.
Начало первой обмотки 9 (С1) трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а ее конец 10 (С2) - к нулю однофазной сети переменного тока. Начала второй обмотки И (С3) и третьей обмотки 12 (С5) подключены к нулю однофазной сети переменного тока.
Работа однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого сетью, происходит следующим образом. Первоначально на затворы транзисторов 2 (VT1) и 6 (VT2) подано напряжение, создающее электрическое поле для закрытия транзисторов. Векторно-алгоритмическое управление осуществляется снятием напряжения с затворов транзисторов 2 (VT1) и 6 (VT2) в заданной 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) и 6 (VT2) в следующей последовательности:
- в начальный момент времени снимается напряжение с затвора 2 (VT1) - I фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t1 снимается напряжение с затвора 6 (VT2) - II фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t2 подается напряжение на затвор 2 (VT1) - III фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t3 подается напряжение на затвор 6 (VT2), снимается напряжение с затвора VT1 - IV фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t4 снимается напряжение с затвора 6 (VT2) - V фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t5 подается напряжение на затвор 2 (VT)1 - VI фиксированное положение вектор магнитного потока поля статора.
Для обеспечения вращения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора двигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фиг.5, в последовательности I-II-III-IV-V-VI, необходимо осуществлять снятие напряжения с затворов транзисторов 2 (VT1) и 6 (VT2) в следующей последовательности:
- в начальный момент времени снимается напряжение с затвора (VT2) - I фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t1 снимается напряжение с затвора 2 (VT1) - II фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t2 подается напряжение на затвор 6 (VT2) - III фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t3 подается напряжение на затвор 2 (VT1), снимается напряжение с затвора 6 (VT2) - IV фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени t4 снимается напряжение с затвора 2 (VT1) - V фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;
- в момент времени подается напряжение на затвор 6 (VT2) - VT фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора.
Таким образом, на основании изложенного можно сделать вывод о том, что предлагаемая полезная модель имеет преимущества по сравнению с известными из-за более высоких показателей надежности и экономичности, а также меньших габаритов.