ФАЗОСДВИГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕХФАЗНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к электронике, а именно к преобразовательной технике и может быть использована для питания трехфазных асинхронных электродвигателей от однофазной сети.
Известны различные варианты включения трехфазного электродвигателя в однофазную сеть: конденсаторный, индуктивный и др [авт. свид. SU 1332494 и др.]. Они основаны на включении активных и реактивных элементов - конденсаторов, емкостей в цепь питания одной из обмоток электродвигателя.
Однако, данные устройства нуждаются в конденсаторах большой емкости, порядка 10 мкФ на каждые 100 Вт мощности электродвигателя, соединенного в треугольник, и устройствах автоматического или ручного управления пуском двигателя, которые отключают пусковой конденсатор после разгона двигателя. При использовании трехфазного двигателя в однофазном (конденсаторном) режиме его полезная мощность не превышает 50-70% от номинальной, при работе его от трехфазной сети, а при однофазном режиме с отключением одной фазной обмотки без фазосдвигающего элемента полезная мощность не превышает
50% от мощности в трехфазном режиме.
Известно также «Фазосдвигающее устройство» [патент RU 2216846], которое содержит последовательно включенные компаратор, вход которого соединен с источником напряжения сети, сумматор, интегратор, релейный элемент, выход которого подключен к выходной клемме устройства и соединен с вторым входом сумматора, последовательно соединенные нелинейный элемент с зоной нечувствительности и единичным коэффициентом передачи, дифференцирующее звено. Вход элемента с зоной нечувствительности подключен к выходу интегратора, а выход дифференцирующего звена соединен с третьим входом сумматора. Источник сигнала управления подключен к четвертому входу сумматора. В устройство введен генератор импульсов малой длительности, синхронизированный с задним фронтом выходного импульса компаратора и формирующий импульс отрицательной полярности, причем вход генератора импульсов малой длительности подключен к выходу компаратора, а выход соединен с пятым входом сумматора.
Однако, данное устройство сложно в изготовлении, так как имеет большое число деталей и, соответственно, имеет высокую стоимость.
Известно также «Фазосдвигающее устройство» [авт. свид. SU 1809511], которое содержит накопительный конденсатор, первый вывод которого соединен с общим проводом схемы, а второй вывод или через резистор, или через последовательно соединенные зарядный конденсатор и резистор соединен с шиной переменного опорного напряжения, второй вывод накопительного конденсатора
через диод или непосредственно соединен с эмиттером первого транзистора первой проходимости, у которого база подключена к источнику управляющего напряжения, а коллектор - к базе второго транзистора второй проводимости. Второй вывод накопительного конденсатора через диод или непосредственно соединен с базой третьего транзистора первой проводимости. Эмиттеры второго и третьего транзисторов соединены с общим проводом схемы, а их коллекторы - с соответствующими блоками запуска силовых тиристоров. Фазосдвигающее устройство может содержать корректирующий резистор, включенный между вторым выводом накопительного конденсатора и источником управляющего напряжения. Для обеспечения формирования выходных импульсов тиристорного преобразователя во всем диапазоне измерения управляющего напряжения в цепь базы первого транзистора включен резистор.
Наиболее близким аналогом к заявляемому фазосдвигающему устройству является устройство для управления однофазным тиристорным преобразователем [авт. свид. SU 630729], содержащее питающий трансформатор, фазосмещающий конденсатор, управляющий и синхронизирующий транзисторы, два стабилитрона и однопереходный транзистор. Оно дополнительно снабжено блокирующим конденсатором и диодом, включенным между фазосмещающим конденсатором и однопереходным транзистором. Блокирующий и фазосмещающий конденсаторы и коллекторы управляющего и синхронизирующего транзисторов соединены в общую точку, средняя точка обмотки питающего трансформатора соединена с диодом, синхронизирующим транзистором и двумя стабилитронами, общая точка
соединения которых подключена к базе управляющего транзистора.
Однако, для управления трехфазным электродвигателем необходимо использовать два комплекта фазосдвигающих устройств, что делает устройство громоздким и снижает надежность устройства.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции фазосдвигающего устройства, снижение числа элементов схемы и повышение надежности.
Сущность полезной модели состоит в том, что фазосдвигающее устройство для трехфазного двигателя характеризуется тем, что оно имеет следующие элементы: три транзистора, два из которых управляющие, один - однопереходный, два конденсатора, два диода, стабилитрон, диодный мост и переменный резистор, трансформатор с тремя обмотками и шестью выводами, две из которых служат для вывода на тиристоры, причем соединение вышеназванных элементов выполнено следующим образом: управляющие транзисторы посредством эмиттеров, диодный мост, оба конденсатора, стабилитрон первыми выводами и одна из обмоток трансформатора соединены в первую общую точку, а переменный резистор, однопереходный транзистор первыми выводами и стабилитрон, первый конденсатор, диодный мост вторыми выводами соединены во вторую общую точку; вторыми выводами второй конденсатор, переменный резистор и второй управляющий транзистор посредством коллектора образуют соединение в виде третьей общей точки, при этом коллектор первого управляющего транзистора соединен с базой второго управляющего транзистора, база первого управляющего
транзистора выведена на диодный мост, два других вывода однопереходного транзистора выведены на первую обмотку трансформатора и на вторую общую точку.
Отличиями заявляемого устройства является введение дополнительно двух обмоток в трансформатор, а также иные, перечисленные выше, связи между элементами в схеме. Соединение элементов построено по принципу объединения их в первую общую точку, во вторую общую точку и в третью общую точку.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является получение компактной схемы фазосдвигающего устройства для электродвигателя, поскольку, в отличие от наиболее близкого аналога, в заявляемой схеме не требуется два комплекта устройств для управления трехфазным электродвигателем. Суть этой схемы сводится к управлению электродвигателем в положительной и отрицательной частях полуволн. Примененными приемами соединения элементов в схеме, а также введением двух дополнительных обмоток трансформатора эта проблема полностью решилась с уменьшением практически в два раза элементов схемы. Предложенное фазосдвигающее устройство позволяет повысить вращающий момент двигателя, в том числе, и при его пуске. Кроме того, уменьшение количества деталей устройства, по сравнению с прототипом, повышает надежность и снижает стоимость заявляемого устройства. Уменьшение весо - габаритных характеристик устройства позволяет размещать его в существующих пультах управления без значительной переделки последних.
Затраты на детали фазосдвигающего устройства для трехфазного
асинхронного электродвигателя приблизительно равны затратам на приобретение одного конденсатора 20 мкФ - 600 В, что соответствует затратам для пуска 0,2 кВт двигателя в конденсаторном режиме без пускового конденсатора.
Полезная модель поясняется с помощью фиг., где позициями 1-117 обозначены входящие в фазосдвигающее устройство элементы.
Заявляемое фазосдвигающее устройство для электродвигателя содержит:
1, 2, 3,4 - выводы обмоток;
5, 22, 23, 24 - сопротивления;
6 - диодный мост (выпрямитель);
7, 8 - управляющие транзисторы;
9, 18 - конденсаторы;
10 - переменный резистор;
11 - однопереходный транзистор;
12, 14, 15 - обмотки трансформатора;
13 - трансформатор;
16, 17 - тиристоры - электронные ключи, в фазосдвигающее устройство не входят, приведены для объяснения работы;
19 - стабилитрон;
20, 21 - диоды.
Схема питается от сети переменного тока через сопротивление 5 и диодный мост 6. Управляющие транзисторы 7 и 8 служат для согласования генератора импульсов от сети. Это нужно для того, чтобы управляющий импульс начинал свое
формирование только после перехода сетевого напряжения через нуль. Когда на выходе выпрямителя 6 в конце каждого полупериода напряжение падает до нуля, транзистор 7 закрывается, а транзистор 8 открывается и заряжает конденсатор 9. С этого момента начинается новый цикл заряда конденсатора 9 через переменный резистор 10, регулирующий продолжительность заряда конденсатора 9.
При достижении напряжения на конденсаторе 9 заданного уровня однопереходный транзистор 11 открывается и разряжает конденсатор 9 на обмотку 12 трансформатора 13. На обмотках 14 и 15 появляется короткий импульс управления, который управляет работой электронных ключей 16 и 17.
Конденсатор 18, стабилитрон 19 служат для уменьшения влияния изменения сетевого напряжения на время зарядки конденсатора 9, диод 20 исключает колебательный процесс в трансформаторе 13.
Заявляемое устройство было собрано и апробировано в лаборатории ВУЗа - заявителя. Трансформатор выполнен на кольцевом сердечнике из феррита 600 Н. Каждая обмотка трансформатора содержит по 50 витков провода ПЭВ - 1 диаметром 0,2 мм и изолирована. Заявляемое устройство работает с трехфазным асинхронным электродвигателем мощностью 1,5 кВт.
Устройство не требует перенастройки и успешно может быть использовано с различными асинхронными электродвигателями мощностью до 3 кВт.