Асинхронный трехфазный электропривод с питанием от однофазной сети

 

Изобретение может быть использовано в электроприводах бытовых дерево- и металлообрабатывающих станков. Сущность изобретения: заключается в том, что фазные обмотки двигателя в режиме пуска включены по схеме "открытый треугольник". Первая обмотка - основание "треугольника" соединяется с однофазной сетью, а последовательно с второй и третьей обмотками включены соответственно рабочий конденсатор и фазосдвигающий блок, выполненный в виде тиристорного ключа с естественной коммутацией и задержкой включения относительно момента перехода через ноль напряжения на его выводах. В рабочем режиме обмотки собираются по схеме "треугольник" с конденсатором, подключенным между вершиной и одним из выводов основания. Пусковой конденсатор не требуется. 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромеханических системах, питающихся от однофазной электросети, в частности в бытовых дерево- и металлообрабатывающих станках.

Целью изобретения является удешевление электропривода и уменьшение его массогабаритных показателей.

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.

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.

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.

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.

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.

Блок 7 (фиг.2) работает следующим образом.

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.

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.

dU/dI < 0, где U напряжение на элементе 23; I ток через элемент 23.

Стабилизатор 18 обеспечивает постоянство времени задержки t (фиг.3) в зависимости от напряжения сети.

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.

Формула изобретения

АСИНХРОННЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ПИТАНИЕМ ОТ ОДНОФАЗНОЙ СЕТИ, содержащий асинхронный двигатель с тремя фазными обмотками, сдвинутыми друг относительно друга на электрический угол 120^o, первая из которых связана через коммутационный аппарат с клеммами для подключения питающей однофазной сети, конец второй подключен к началу первой обмотки, конец которой подсоединен к началу третьей обмотки, конденсатор, подключенный между началом второй и концом первой обмоток, а также замыкающий контакт, отличающийся тем, что в него введены размыкающий контакт и электронный фазосдвигающий блок, размыкающий контакт включен между началом второй и концом третьей обмоток двигателя, а электронный фазосдвигающий блок вместе с последовательно включенным с ним замыкающим контактом подключены между началом первой и концом третьей обмоток двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3