Регулируемый реверсивный электропривод переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения

Полезная модель относится к регулируемым реверсивным электроприводам переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения и может быть использована для реверса и плавного регулирования скорости коллекторного двигателя.
Известен электропривод переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения, содержащий якорь, первый вход которого связан с фазой питающего напряжения, а второй вход которого присоединен к перовому входу обмотка возбуждения. Второй вход обмотки возбуждения присоединен к нулю питающего напряжения (Вольдек А.И. Электрические машины: учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений / A.И. Вольдек. - 3-е изд., перераб. - Л.: Энергия, 1978. - С. 808).
Основными недостатками описанного электропривода являются отсутствие возможности регулировки скорость двигателя и осуществления реверса, так как для этого необходимы дополнительные устройства.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является регулируемый электропривод переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения, содержащий полупроводниковый мост, выполненный на диодах, у которого к первому входу подключена фаза питающего напряжения, ко второму входу подключен первый вход якоря коллекторного двигателя, к третьему и четвертому входам подключено управляющее устройство. Между первым и вторым входами полупроводникового моста подключены два тиристора, их объединенные катоды подключены к третьему входу полупроводникового моста. Второй вход якоря коллекторного двигателя подключен к первому входу обмотки возбуждения, второй вход которой подключен к нулю питающего напряжения (патент RU 167195, МПК Н02Р 1/24 (2006.01), Н02Р 1/18 (2006.01).
Данное устройство предназначено для регулировки скорости вращения коллекторного электродвигателя, однако его недостатком является отсутствие возможности осуществления реверса электродвигателя.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, заключается в создании регулируемого реверсивного электропривода переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения с возможностью реверса путем изменения полярности питающего напряжения на обмотке возбуждения коллекторного двигателя.
Решение данной технической проблемы достигается тем, что в регулируемом реверсивном электроприводе переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения, содержащем полупроводниковый мост, к первому входу которого подключена фаза питающего напряжения, а ко второму входу которого подключен первый вход якоря коллекторного двигателя, и обмотку возбуждения, согласно полезной модели полупроводниковый мост выполнен на четырех симисторах. При этом первый симистор подключен между первым и третьим входами полупроводникового моста, второй симистор подключен между первым и четвертым входами полупроводникового моста, третий симистор подключен между третьим и вторым входами полупроводникового моста, четвертый симистор подключен между четвертым и вторым входами полупроводникового моста. Обмотка возбуждения подключена между третьим и четвертым входами полупроводникового моста, а второй вход якоря коллекторного двигателя подключен к нулю питающего напряжения.
Реверс коллекторного двигателя осуществляется путем переключения соответствующей пары симисторов, что приводит к изменению полярности подаваемого напряжения, поступающего на обмотку возбуждения коллекторного двигателя. Так при работе первого и четвертого симистора осуществляется вращение двигателя вперед, при работе второго и третьего симистора осуществляется вращение двигателя назад.
Предлагаемая модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена силовая модель регулируемого реверсивного электропривода переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной цепи переменного напряжения, на фиг. 2 - тактовая диаграмма работы регулируемого реверсивного электропривода переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной цепи переменного напряжения при разных углах открытия симисторов.
Кроме того, на чертеже дополнительно изображено следующее:
Ф - фаза питающего напряжения;
О - ноль питающего напряжения;
S1-S4 - симисторы;
ОВД - обмотка возбуждения коллекторного двигателя;
Я - якорь коллекторного двигателя;
~ - переменное питающее напряжение;
U - переменное питающее напряжение;
α1-α2 - углы подачи управляющего сигнала;
t1-t8 - моменты времени открытия или закрытия симисторов;
U1, U2 - среднее значение напряжения, поступающего на коллекторный двигатель.
r
Регулируемый реверсивный электропривод переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения содержит полупроводниковый мост, у которого к первому входу 1 подключена фаза (Ф) питающего напряжения, ко второму входу 2 подключен первый вход 3 якоря 4 (Я) коллекторного двигателя. Второй вход 5 якоря 4 (Я) коллекторного двигателя подключен к нулю (О) питающего напряжения. Между третьим входом 6 и четвертым входом 7 полупроводникового моста подключена обмотка возбуждения 8 (ОВД). Полупроводниковый мост выполнен на четырех симисторах - первом симисторе 9 (S1) подключенном между первым входом I и третьим входом 6 полупроводникового моста, втором симисторе 10 (S2), подключенном между первым входом 1 и четвертым входом 7 полупроводникового моста, третьем симисторе 11 (S3), подключенном между третьим входом 6 и вторым входом 2 полупроводникового моста, четвертом симисторе 12 (S4), подключенном между четвертым входом 7 и вторым входом 2 полупроводникового моста.
К третьему входу 6 полупроводникового моста подключен первый вход 13 обмотки возбуждения 8 (ОВД). К четвертому входу 7 полупроводникового моста подключен второй вход 14 обмотки возбуждения 8 (ОВД).
Работа регулируемого реверсивного электропривода переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения происходит следующим образом.
При вращении двигателя вперед и в положительную, и в отрицательную полуволны открыты симисторы 9 (S1) и 12 (S4). Тогда в положительную полуволну питание двигателя происходит по следующему контуру: фаза (Ф) питающего напряжения, первый вход 1 полупроводникового моста, первый симистор 9 (S1), третий вход 6 полупроводникового моста, обмотка возбуждения 8 (ОВД), четвертый вход 7 полупроводникового моста, четвертый симистор 12 (S4), второй вход 2 полупроводникового моста, якорь 4 (Я) двигателя, ноль (О) питающего напряжения. В отрицательную полуволну питание двигателя происходит по следующему контуру: ноль (О) питающего напряжения, якорь 4 (Я) двигателя, второй вход 2 полупроводникового моста, четвертый симистор 12 (S4), четвертый вход 7 полупроводникового моста, обмотка возбуждения 8 (ОВД), третий вход 6 полупроводникового моста, первый симистор 9 (S1), первый вход 1 полупроводникового моста, фаза (Ф) питающего напряжения. Таким образом, ток в положительную полуволну протекает в обмотке возбуждения 8 (ОВД) от третьего входа 6 к четвертому входу 7 полупроводникового моста, а в якоре 4 (Я) двигателя от его первого входа 3 ко второму входу 5.
При вращении двигателя назад и в положительную, и в отрицательную полуволны открыты второй симистор 10 (S2) и третий симистор 11 (S3). Тогда в положительную полуволну питание двигателя происходит по следующему контуру: фаза (Ф) питающего напряжения, первый вход 1 полупроводникового моста, второй симистор 10 (S2), четвертый вход 7 полупроводникового моста, обмотка возбуждения 8 (ОВД), третий вход 6 полупроводникового моста, третий симистор 11 (S3), второй вход полупроводникового моста, якорь 4 (Я) двигателя, ноль (О) питающего напряжения. В отрицательную полуволну питание двигателя происходит по следующему контуру: ноль (О) питающего напряжения, якорь 4 (Я) двигателя, второй вход 2 полупроводникового моста, третий симистор 11 (S3), третий вход 6 полупроводникового моста, обмотка возбуждения 8 (ОВД), четвертый вход 7 полупроводникового моста, второй симистор 10 (S2), первый вход 1 полупроводникового моста, фаза (Ф) питающего напряжения. Таким образом, ток в положительную полуволну протекает в обмотке возбуждения 8 (ОВД) от четвертого входа 7 к третьему входу 6 полупроводникового моста, а в якоре 4 (Я) двигателя - от его первого входа 3 ко второму входу 5. Изменяя направление тока, протекающего в обмотке возбуждения 8 (ОВД) в положительную полуволну, изменяется направление вращения двигателя, так как направление протекания тока в якоре 4 (Я) в положительную полуволну не меняется.
При вращении двигателя вперед при подаче управляющего сигнала с углом α1 в момент времени t1 на первый симистор 9 (S1) и четвертый симистор 12 (S4) поступает положительная полуволна питающего напряжения, ток течет в цепи по контуру: фаза (Ф) питающего напряжения, первый вход 1 полупроводникового моста, первый симистор 9 (S1), третий вход 6 полупроводникового моста, обмотка возбуждения 8 (ОВД), четвертый вход 7 полупроводникового моста, четвертый симистор 12 (S4), второй вход 2 полупроводникового моста, первый вход 3 якоря 4 (Я) двигателя, второй вход 5 якоря 4 (Я) двигателя, ноль (О) питающего напряжения до времени t2. На двигатель поступает напряжение U1 (фиг. 2).
В момент времени t2 напряжение в цепи станет равным нулю, и симистор 9 (S1) и симистор 12 (S4) автоматически закроются. На участке времени от t2 до t3 симистор 9 (S1) и симистор 12 (S4) закрыты, и ток через двигатель не течет. В момент времени t3 открываются те же самые симисторы, на них поступает отрицательная полуволна питающего напряжения, и ток в цепи начинает течь от нуля (О) питающего напряжения к фазе (Ф) по следующему контуру: ноль (О) питающего напряжения, второй вход 5 якоря 4 (Я) двигателя, первый вход 3 якоря 4 (Я) двигателя, второй вход 2 полупроводникового моста, симистор 12 (S4), четвертый вход 7 полупроводникового моста, обмотка возбуждения 8 (ОВД), третий вход 6 полупроводникового моста, симистор 9 (S1), первый вход 1 полупроводникового моста, фаза (Ф) питающего напряжения.
Далее, с момента t4, процесс включения симисторов повторяется. При изменении угла открытия α симисторов, например, время t5, угол α2, меняется значение напряжения U2, поступающее на двигатель, и тем самым изменяется скорость двигателя. При подаче на двигатель разных значений напряжений можно получить разные скорости вращения двигателя.
При вращении двигателя назад при подаче управляющего сигнала с углом α1 в момент времени t1 на симисторы 10 (S2) и 11 (S3) поступает положительная полуволна питающего напряжения, ток течет в цепи по контуру: фаза (Ф) питающего напряжения, первый вход 1 полупроводникового моста, симистор 10 (S2), четвертый вход 7 полупроводникового моста, обмотка возбуждения 8 (ОВД), третий вход 6 полупроводникового моста, симистор 11 (S3), второй вход 2 полупроводникового моста, первый вход 3 якоря 4 (Я) двигателя, второй вход 5 якоря 4 (Я) двигателя, ноль (О) питающего напряжения до времени t2. На двигатель поступает напряжение U1.
В момент времени t2 напряжение в цепи станет равным нулю и симисторы 10 (S2) и 11 (S3) автоматически закроются. На участке от t2 до t3 симисторы 10 (S2) и 11 (S3) закрыты, и ток через двигатель не течет. В момент времени t3 открываются те же самые симисторы, на них поступает отрицательная полуволна питающего напряжения, и ток в цепи начинает течь от нуля (О) питающего напряжения к фазе (Ф) по следующему контуру: ноль (О) питающего напряжения, второй вход 5 якоря 4 (Я) двигателя, первый вход 3 якоря 4 (Я) двигателя, второй вход 2 полупроводникового моста, симистор 11 (S3), третий вход 6 полупроводникового моста, обмотка возбуждения 8 (ОВД), четвертый вход 7 полупроводникового моста, симистор 10 (S2), первый вход 1 полупроводникового моста, фаза (Ф) питающего напряжения.
4
Далее, с момента t, процесс включения симисторов повторяется. При изменении угла открытия α симисторов, например, время t5, угол α2, меняется значение напряжения U2, поступающее на двигатель, и тем самым изменяется скорость двигателя. При подаче на двигатель разных значений напряжений можно получить разные скорости вращения двигателя.
Таким образом, предложенное устройство позволяет плавно регулировать скорость вращения коллекторного электродвигателя с возможностью реверса