RU135461U1 - Полупроводниковый коммутатор включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока - Google Patents

Abstract

Полупроводниковый коммутатор включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока, снабженный двумя 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 подключен к нулю однофазной сети переменного тока, вторая обмотка подключена к первому полупроводниковому ключу, соединенному с фазой, и к нулю однофазной сети переменного тока, начало третьей обмотки подключено к нулю однофазной сети переменного тока, второй полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя, отличающийся тем, что в качестве первого полупроводникового ключа использованы первый и второй динисторы, а в качестве второго полупроводникового ключа использованы третий и четвертый динисторы, анод первого динистора и катод второго динистора объединены и подключены к фазе однофазной сети переменного тока, катод первого динистора и анод второго динистора объединены и подключены к началу второй обмотки, конец которой подключен к нулю однофазной сети переменного тока, анод третьего динистора и катод четвертого динистора объединены и подключены к фазе однофазной сети переменного тока, катод третьего динистора и анод четвертого динистора объединены и соединены с концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя.

Description

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 использования бумажных конденсаторов большой емкости, в результате чего момент двигателя обычно уменьшается в три раза, мощность двигателя падает до 40% от номинальной.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является однофазно-трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, осуществляющий питание трехфазного асинхронного двигателя от однофазной сети переменного тока с обеспечением реверса, содержащий два полупроводниковых ключа, подключающие обмотки трехфазного асинхронного двигателя к однофазной питающей сети переменного тока. Начало первой обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а конец первой обмотки подключен к нулю однофазной сети переменного тока. Начало второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к нулю однофазной сети переменного тока, а конец второй обмотки подключен к первому полупроводниковому ключу. Таким образом, вторая обмотка подключена к первому полупроводниковому ключу и к нулю однофазной сети переменного тока. Начало третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключено к нулю однофазной сети переменного тока, а конец третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя подключен к второму полупроводниковому ключу. В качестве полупроводниковых ключей использованы два полевых транзистора. Первые выводы полевых транзисторов соединены с фазой однофазной сети переменного тока. Второй вывод первого полевого транзистора соединен с концом второй обмотки трехфазного асинхронного двигателя. Второй вывод второго полевого транзистора соединен с концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя (патент RU 121976, МПК Н02Р 27/16 (2006.01)).

Основными недостатками описанного однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью, являются пониженная надежность, увеличенные габариты и высокая стоимость, обусловленные необходимостью заданного управления полупроводниковыми ключами на полевых транзисторах, основанного на дополнительном оборудовании, состоящим из стабилизированного источника питания и программируемого логического устройства, предпочтительно при использовании устройства для механизмов, не требующих реверса и регулировки скорости, а требующих только запуска и работы.

Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности и снижения габаритов устройства с повышением его экономичности, при использовании для механизмов, не требующих реверса и регулировки скорости, а требующих только запуска и работы.

Для решения поставленной задачи в полупроводниковом коммутаторе включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока, снабженном двумя 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 подключен к нулю однофазной сети переменного тока, вторая обмотка подключена к первому полупроводниковому ключу, соединенному с фазой, и к нулю однофазной сети переменного тока, начало третьей обмотки подключено к нулю однофазной сети переменного тока, второй полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя, согласно полезной модели в качестве первого полупроводникового ключа использованы первый и второй динисторы, а в качестве второго полупроводникового ключа использованы третий и четвертый динисторы. Анод первого динистора и катод второго динистора объединены и подключены к фазе однофазной сети переменного тока. Катод первого динистора и анод второго динистора объединены и подключены к началу второй обмотки, конец которой подключен к нулю однофазной сети переменного тока. Анод третьего динистора и катод четвертого динистора объединены и подключены к фазе однофазной сети переменного тока. Катод третьего динистора и анод четвертого динистора объединены и соединены с концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя.

Введение динисторов вместо полевых транзисторов приводит к отсутствию необходимости использования системы управления полупроводниковыми ключами и способствует обеспечению возможности повышения надежности, снижения габаритов и повышения экономичности полупроводникового коммутатора включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока. Исключение системы управления полупроводниковыми ключами обусловлено использованием свойства динистора при прямом включении не пропускать ток до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет определенной величины; такое свойство динистора связанно с тем, что динистор является не управляющим тиристором, и у него нет третьего управляющего вывода при использовании для механизмов, не требующих реверса и регулировки скорости, а требующих только запуска и работы.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема полупроводникового коммутатора включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть 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:

- Φ - фаза;

- О - ноль;

- С1-С6 - выводы статорных обмоток трехфазного асинхронного двигателя;

- VS1-VS4 - динисторы.

- I, II, III, IV, V, VI - последовательные фиксированные положения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора двигателя;

- прямые линии со стрелками рядом с цифрами I, II, III, IV, V, VI - 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-t10 - моменты времени коммутации транзисторов.

Полупроводниковый коммутатор включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока содержит первый полупроводниковый ключ 1 и второй полупроводниковый ключ 2, подключающие первую обмотку 3, вторую обмотку 4, третью обмотку 5 трехфазного асинхронного двигателя к однофазной сети переменного тока.

Начало 6 (Cl) первой обмотки 3 трехфазного асинхронного двигателя подключено к фазе, а конец 7 (С2) первой обмотки 3 трехфазного асинхронного двигателя подключен к нулю однофазной сети переменного тока. Начало 8 (С3) второй обмотки 4 трехфазного асинхронного двигателя подключено к первому полупроводниковому ключу 1, а конец 9 (С4) второй обмотки 4 трехфазного асинхронного двигателя подключен к нулю однофазной сети переменного тока. Начало 10 (С5) третьей обмотки 5 трехфазного асинхронного двигателя подключено к нулю однофазной сети переменного тока, а конец 11 (С6) третьей обмотки 5 трехфазного асинхронного двигателя подключен ко второму полупроводниковому ключу 2.

В качестве первого полупроводникового ключа 1 использованы первый динистор 12 (VS1) и второй динистор 13 (VS2). Анод первого динистора 12 (VS1) и катод второго динистора 13 (VS2) объединены и подключены к фазе однофазной сети переменного тока. Катод первого динистора 12 (VS1) и анод второго динистора 13 (VS2) объединены и подключены к началу 8 (С3) второй обмотки 4 трехфазного асинхронного двигателя. Таким образом, первый полупроводниковый ключ 1 соединен с фазой однофазной сети переменного тока и началом 8 (С3) второй обмотки 4 трехфазного асинхронного двигателя.

В качестве второго полупроводникового ключа 2 использованы третий динистор 14 (VS3) и четвертый динистор 15 (VS4). Анод третьего динистора 14 (VS3) и катод четвертого динистора 15 (VS4) объединены и подключены к фазе однофазной сети переменного тока. Катод третьего динистора 14 (VS3) и анод четвертого динистора 15 (VS4) объединены и соединены с концом 11 (С6) третьей обмотки 5 трехфазного асинхронного двигателя. Таким образом, второй полупроводниковый ключ 2 соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом 11 (С6) третьей обмотки 5 трехфазного асинхронного двигателя.

Динисторы 12 (VS1) и 13 (VS2) устанавливаются на напряжение более высокое по отношению к динисторам 14 (VS3) и 15 (VS4).

Работа полупроводникового коммутатора включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока, происходит следующим образом. Векторно-алгоритмическое управление осуществляется срабатыванием динисторов 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, чтобы динисторы 12 (VS1) и 14 (VS3) срабатывали на более низком напряжении, чем динисторы 13 (VS2) и 15 (VS4). Тогда динисторы 12 (VS1), 13 (VS2), 14 (VS3), 15 (VS4) будут срабатывать в следующей последовательности:

- в начальный момент времени положительная полуволна напряжения проходит по первой обмотке 3 - I фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;

- в момент времени t1 срабатывает динистор 14 (VS3), и начинает протекать ток по третьей обмотке 5, при этом ток протекает в первой обмотке 3 - II фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;

- в момент времени t2 срабатывает динистор 12 (VS1), и начинает протекать ток по второй обмотке 4, при этом ток протекает в первой обмотке 3 и в третьей обмотке 5 - III фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;

- в момент времени t4 отрицательная полуволна напряжения проходит по первой обмотке 3, динистор 12 (VS1) и динистор 14 (VS3) закрыты - IV фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;

- в момент времени t5 срабатывает динистор 15 (VS4) - V фиксированное положение вектора магнитного потока поля статора;

- в момент времени t6 срабатывает динистор 13 (VS2) - 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 известной из-за отсутствия необходимости управления полупроводниковыми ключами и как следствие более высоких показателей надежности и экономичности, а также меньших габаритов. Поэтому предлагаемое устройство предпочтительно использовать для механизмов, не требующих реверса и регулировки скорости, а только запуска и работы.

Claims (1)

1. Полупроводниковый коммутатор включения трехфазного асинхронного двигателя в однофазную сеть переменного тока, снабженный двумя 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 подключен к нулю однофазной сети переменного тока, вторая обмотка подключена к первому полупроводниковому ключу, соединенному с фазой, и к нулю однофазной сети переменного тока, начало третьей обмотки подключено к нулю однофазной сети переменного тока, второй полупроводниковый ключ соединен с фазой однофазной сети переменного тока и концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя, отличающийся тем, что в качестве первого полупроводникового ключа использованы первый и второй динисторы, а в качестве второго полупроводникового ключа использованы третий и четвертый динисторы, анод первого динистора и катод второго динистора объединены и подключены к фазе однофазной сети переменного тока, катод первого динистора и анод второго динистора объединены и подключены к началу второй обмотки, конец которой подключен к нулю однофазной сети переменного тока, анод третьего динистора и катод четвертого динистора объединены и подключены к фазе однофазной сети переменного тока, катод третьего динистора и анод четвертого динистора объединены и соединены с концом третьей обмотки трехфазного асинхронного двигателя.

   

Images