RU2054788C1

RU2054788C1 - Three-phase induction-motor drive supplied with power from single-phase line

Info

Publication number: RU2054788C1
Authority: RU
Inventors: А.А. Баталин; В.А. Ермаков; Д.А. Кац; Н.И. Петличенко; А.Б. Шустов
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "ЭНИМС-Корпус"
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1996-02-20

Abstract

FIELD: electric drives of machine tools. SUBSTANCE: during starting period, motor phase windings are connected in open delta. First winding (delta base) is connected to single-phase line while second and third windings are connected in parallel with running capacitor and phase-shifting unit, respectively, the latter being made in the form of naturally switched-over thyristor switch with delayed turn-on respect to moment of voltage zero crossing its terminal leads. During running period, windings are connected in delta with capacitor inserted between top and one of base terminals. Starting capacitor is not required. EFFECT: provision for dispensing with starting capacitor. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромеханических системах, питающихся от однофазной электросети, в частности в бытовых дерево- и металлообрабатывающих станках. The invention relates to electrical engineering and can be used in electromechanical systems powered by a single-phase electrical network, in particular in household wood and metal processing machines.

Целью изобретения является удешевление электропривода и уменьшение его массогабаритных показателей. The aim of the invention is to reduce the cost of the electric drive and reduce its overall dimensions.

На фиг. 1 представлена схема асинхронного трехфазного электропривода с питанием от однофазной сети; на фиг.2 схема электронного фазосдвигающего блока; на фиг.3 временные диаграммы работы электропривода. In FIG. 1 shows a diagram of an asynchronous three-phase electric drive powered by a single-phase network; figure 2 diagram of an electronic phase-shifting unit; figure 3 timing diagrams of the operation of the electric drive.

Асинхронный трехфазный электропривод (фиг.1) с питанием от однофазной сети содержит асинхронный двигатель 1 с тремя фазными обмотками 2-4, сдвинутыми друг относительно друга на электрический угол 120о, первая 2 из которых связана через коммутационный аппарат 5 с клеммами 6 для подключения питающей однофазной сети, а конец 3 второй подключен к началу первой обмотки 2, конец которой подсоединен к началу третьей обмотки 4, электронный фазосдвигающий блок 7, выполненный в виде тиристорного ключа 7 с естественной коммутацией и задержкой включения относительно момента перехода через ноль напряжения на его выводах, конденсатор 8, подключенный между началом второй 3 и концом первой 2 обмоток, а также пусковые замыкающий 9 и размыкающий 10 контакты. Последний включен между началом второй 3 и концом третьей 4 обмоток двигателя 1. Блок 7 вместе с последовательно включенным замыкающим контактом 9 подключены между началом первой 2 и концом третьей 4 обмоток двигателя 1. An asynchronous three-phase electric drive (Fig. 1) powered by a single-phase network contains an asynchronous motor 1 with three phase windings 2-4 shifted relative to each other by an electric angle of 120 °, the first 2 of which are connected through a switching device 5 with terminals 6 for connecting a single-phase supply network, and the end 3 of the second is connected to the beginning of the first winding 2, the end of which is connected to the beginning of the third winding 4, an electronic phase-shifting unit 7, made in the form of a thyristor switch 7 with natural switching and delayed on Concerning the moment of transition through zero of voltage at its terminals, a capacitor 8 connected between the beginning of the second 3 and the end of the first 2 windings, as well as the starting closing 9 and opening 10 contacts. The latter is connected between the beginning of the second 3 and the end of the third 4 windings of the motor 1. Block 7 together with the series-connected make contact 9 are connected between the beginning of the first 2 and the end of the third 4 windings of the motor 1.

Электронный фазосдвигающий блок 7 (фиг.2) выполнен в виде встречно-последовательно включенных тиристоров 11 и 12 с соединенными катодами, встречно-параллельные каждому тиристору включены силовые диоды 13 и 14. Между анодами тиристоров 11 и 12 включены два последовательно соединенных выпрямительных диода 15 и 16, объединенные катоды которых подключены к балластному резистору 17 параметрического стабилизатора 18. Стабилитрон 19 последнего включен параллельно времязадающей цепи 20, состоящей из конденсатора 21 и резистора 22. Параллельно конденсатору 21 включены последовательно соединенные ключевой элемент 23 с отрицательным динамическим сопротивлением и напряжением включения меньшим, чем напряжение стабилизации стабилитрона 19, и помехозащищающий резистор 24. Один из выводов конденсатора 21 и резистора 24, а также анод стабилитрона 19 подключены к катодам тиристоров 11 и 12, общая точка ключевого элемента 23 и резистора 24 связана через токоограничивающие резисторы 25 и 26 с управляющими электродами тиристоров 11 и 12, аноды которых соединены с выводами 27 и 28 блока 7 для его подключения к внешним цепям. The electronic phase-shifting unit 7 (Fig. 2) is made in the form of counter-series-connected thyristors 11 and 12 with connected cathodes, power diodes 13 and 14 are turned on-parallel to each thyristor. Two series-connected rectifier diodes 15 and 12 are connected between the anodes of the thyristors 11 and 12 16, the combined cathodes of which are connected to the ballast resistor 17 of the parametric stabilizer 18. The zener diode 19 of the latter is connected in parallel with the timing circuit 20, consisting of a capacitor 21 and a resistor 22. In parallel with the capacitor 21 a key element 23 is connected in series with a negative dynamic resistance and a turn-on voltage lower than the stabilization voltage of the zener diode 19, and an anti-interference resistor 24. One of the terminals of the capacitor 21 and the resistor 24, as well as the anode of the zener diode 19, are connected to the cathodes of the thyristors 11 and 12, a common point the key element 23 and the resistor 24 is connected through current-limiting resistors 25 and 26 to the control electrodes of the thyristors 11 and 12, the anodes of which are connected to the terminals 27 and 28 of block 7 for connecting it to an external circuit yum.

Устройство работает следующим образом. Снабжение электропривода электроэнергией производят посредством включения коммутационного аппарата 5 (фиг. 1). При этом синусоидальное или близкое к нему напряжение однофазной сети поступает на обмотку 2 электродвигателя 1. Одновременно с включением коммутационного аппарата 5 нажимают на кнопку, воздействующую на контакты 9 и 10, первый из которых замыкается, подключая блок 7 к обмотке 4, а второй размыкается, отключая точку соединения блока 7 и обмотки 4 от конденсатора 8. При таком положении контактов 9 и 10 производится режим пуска двигателя 1 с его разгоном до рабочей (номинальной) скорости вращения. После разгона аппарат 5 остается включенным, а контакты 9 и 10 возвращаются в исходное положение, обеспечивая отключение блока 7, включение трехфазного двигателя "треугольником" с конденсатором 8, соединяющим вершину этого "треугольника" с вершиной, образованной обмотками 2 и 4. В таком положении происходит функционирование электропривода в рабочем режиме. Для отключения электропривода следует выключить коммутационный аппарат 5. The device operates as follows. The electric drive is supplied with electric energy by switching on the switching apparatus 5 (Fig. 1). In this case, a sinusoidal or close to it single-phase network voltage is supplied to the winding 2 of the electric motor 1. At the same time as the switching device 5 is turned on, a button is pressed that acts on contacts 9 and 10, the first of which closes, connecting block 7 to the winding 4, and the second opens, disconnecting the connection point of block 7 and winding 4 from the capacitor 8. With this position of the contacts 9 and 10, the engine 1 is started up and accelerated to the operating (nominal) speed of rotation. After acceleration, the device 5 remains on, and the contacts 9 and 10 return to their original position, ensuring the block 7 is turned off, the three-phase motor is turned on with a "triangle" with a capacitor 8 connecting the top of this "triangle" with the top formed by windings 2 and 4. In this position the drive is operating in operating mode. To turn off the electric drive, switch off the switching device 5.

Работу привода в режиме пуска можно пояснить временными диаграммами, представленными на фиг.3, где соответственно сверху вниз изображены: напряжение сети, напряжение на блоке 7, напряжение на третьей обмотке 4, ток в этой же обмотке 4, ток во второй обмотке 3 и ток в первой обмотке 2. Запаздывающий сдвиг фазы тока третьей обмотки 4 относительно тока в первой 2 объясняется задержкой включения блока 7 относительно момента перехода через ноль напряжения на его выводах. Опережающий сдвиг фазы тока второй обмотки 3 относительно тока в обмотке 2 объясняется наличием конденсатора 8, последовательно включенного с обмоткой 3. В результате воздействия токов всех трех обмоток 2-4 в магнитной системе двигателя 1 возникает вращающее электромагнитное поле, увлекающее за собой ротор асинхронного двигателя 1. После запуска последнего оставлять подключенным блок 7 к обмотке 4 нецелесообразно, поскольку высшие гармоники тока в обмотке 4 приводят к перегреву двигателя 1. Наличие контакта 10 исключает возможность последовательного включения конденсатора 8 и блока 7, что исключает протекание через последний импульсных токов заряда конденсатора 8. The operation of the drive in the start-up mode can be explained by the time diagrams presented in Fig. 3, where, respectively, top-down are shown: mains voltage, voltage at block 7, voltage at the third winding 4, current in the same winding 4, current in the second winding 3 and current in the first winding 2. The delayed phase shift of the current of the third winding 4 with respect to the current in the first 2 is explained by the delay in switching on the unit 7 with respect to the moment when the voltage across its terminals passes through zero. The leading phase shift of the current of the second winding 3 relative to the current in the winding 2 is explained by the presence of a capacitor 8 connected in series with the winding 3. As a result of the action of the currents of all three windings 2-4 in the magnetic system of the motor 1, a rotating electromagnetic field arises, entraining the rotor of the induction motor 1 After starting the latter, it is impractical to leave unit 7 connected to the winding 4, since higher harmonics of the current in the winding 4 lead to overheating of the motor 1. The presence of pin 10 eliminates the possibility of subsequent the actual inclusion of the capacitor 8 and block 7, which excludes the flow through the last pulse charge currents of the capacitor 8.

Блок 7 (фиг.2) работает следующим образом. Block 7 (figure 2) works as follows.

Допустим, потенциал вывода 27 выше потенциала вывода 28, а тиристор 11 закрыт. Тогда ток, проходя через диод 15, резисторы 17 и 22, заряжает конденсатор 21. Через некоторое время t напряжение на нем достигает величины включения элемента 23, который срабатывает, при этом резко падает напряжение на нем, а ток через него возрастает. Конденсатор 21 начинает разряжаться через элемент 23, резистор 25 и управляющий электрод тиристора 11. Последний открывается и остается в этом состоянии до следующего полпериода, когда ток через него поменяет свое направление и он закрывается, т.е. происходит естественная коммутация тиристора 11. Suppose the output potential 27 is higher than the output potential 28, and the thyristor 11 is closed. Then the current passing through the diode 15, the resistors 17 and 22, charges the capacitor 21. After some time t, the voltage on it reaches the value of the inclusion of the element 23, which is triggered, while the voltage on it drops sharply, and the current through it increases. The capacitor 21 begins to discharge through the element 23, the resistor 25 and the control electrode of the thyristor 11. The latter opens and remains in this state until the next half period, when the current through it changes its direction and it closes, i.e. the thyristor 11 is switched naturally.

В следующие полпериода аналогично открывается тиристор 12. Резистор 24 необходим для того, чтобы исключить ложные срабатывания тиристоров 11 и 12 до момента включения элемента 23. На фиг.2 в качестве ключевого элемента с отрицательным динамическим сопротивлением представлен однопереходный транзистор (двухбазовый диод), однако может быть использован также динистор, вольт-амперная характеристика которого также имеет участок с отрицательным динамическим сопротивлением, т.е. In the next half-period, thyristor 12 opens similarly. Resistor 24 is necessary in order to eliminate the false triggering of thyristors 11 and 12 until the element 23 is turned on. Figure 2 shows a single-junction transistor (two-base diode) as a key element with negative dynamic resistance, but it can a dynistor, the current-voltage characteristic of which also has a section with negative dynamic resistance, i.e.

dU/dI < 0, где U напряжение на элементе 23;
I ток через элемент 23.dU / dI <0, where U is the voltage at element 23;
I current through element 23.

Стабилизатор 18 обеспечивает постоянство времени задержки t (фиг.3) в зависимости от напряжения сети. The stabilizer 18 provides a constant delay time t (Fig.3) depending on the mains voltage.

Таким образом, снабжение асинхронного электропривода блоком 7, выполняющим функцию фазосдвигающей цепи при пуске двигателя и соответственно включенным размыкающим контактом 10, обеспечивающим разъединение этого блока 7 и конденсатора 8, который также выполняет функцию фазосдвигающего элемента, позволило организовать в асинхронном двигателе 1 вращающееся электромагнитное поле, обеспечивающее вращение двигателя 1. По сравнению с устройством-прототипом [1] улучшаются массогабаритные показатели, поскольку размеры блока 7 меньше размеров пускового конденсатора, установка которого не требуется. Стоимость же этого блока 7 вместе с контактом 10 ниже стоимости пускового конденсатора-прототипа. Thus, the supply of the asynchronous electric drive unit 7, which performs the function of the phase-shifting circuit when starting the engine and, accordingly, is connected by the opening contact 10, which ensures the separation of this block 7 and the capacitor 8, which also performs the function of the phase-shifting element, made it possible to organize a rotating electromagnetic field in the asynchronous motor 1, which provides engine rotation 1. Compared to the prototype device [1], overall dimensions are improved, since the dimensions of block 7 are smaller than Skov capacitor installation is not required. The cost of this unit 7 together with pin 10 is lower than the cost of the starting capacitor prototype.

Claims

Three-phase asynchronous electric drive powered by a single-phase network, containing an asynchronous motor with three phase windings shifted relative to each other by an electric angle of 120 ^o , the first of which is connected through a switching device with terminals for connecting a single-phase supply network, the end of the second is connected to the beginning of the first winding, the end of which is connected to the beginning of the third winding, a capacitor connected between the beginning of the second and the end of the first windings, as well as a make contact, characterized in that a contact contact and an electronic phase-shifting unit, an opening contact is connected between the beginning of the second and end of the third motor windings, and an electronic phase-shifting unit together with a closing contact connected in series with it is connected between the beginning of the first and end of the third motor windings.