РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ РЕДУКТОР С ЯВНО ВЫРАЖЕННЫМ ЗВЕНОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА, ВЕДОМЫЙ СЕТЬЮ Российский патент 2010 года по МПК H02P21/12 H02P27/06 

Предлагаемое изобретение относится к преобразователям частоты с явно выраженным звеном постоянного тока и может быть использовано в регулируемом электроприводе переменного тока для питания от однофазной сети однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя.

Известен однофазный конденсаторный электродвигатель, у которого первый выход первой обмотки соединен с нулем питающей сети, а второй выход первой обмотки соединен с первым выходом второй обмотки и с фазой питающей сети. Второй выход второй обмотки соединен с первой обкладкой бумажного конденсатора. Вторая обкладка конденсатора соединена с нулем питающей сети (Копылов И.П. Электрические машины: учебник для вузов / И.П.Копылов. М.: Высшая школа, 2006. - С.343, рис.3.96).

Недостатками данного устройства являются отсутствие возможности низкочастотного регулирования скорости вращения электродвигателя и повышенные габариты, а также низкая надежность вследствие необходимости использования бумажных конденсаторов большой емкости.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является одномостовая схема инвертора тока, с помощью которого осуществляется регулирование частоты напряжения, поступающего на каждую из обмоток электродвигателя, содержащая однофазные мостовые автономные инверторы-преобразователи частоты, выполненные на полупроводниковых ключах, подсоединенных к питающей сети постоянного тока, а также сглаживающий силовой реактор, и запирающий бумажный конденсатор, подключенный параллельно обмотке статора двигателя. Каждый однофазный мостовой автономный инвертор-преобразователь частоты выполнен на тиристорах, являющихся четырьмя полупроводниковыми ключами. К средним точкам последовательно соединенных полупроводниковых ключей подключены обмотки статора. Один выход сглаживающего силового реактора подключен к плюсу питающей сети постоянного тока, а второй выход - к анодам двух тиристоров. Катоды этих тиристоров подключены к обмотке статора двигателя соответственно, а также к анодам другой пары тиристоров. Катоды последней пары тиристоров подключены к минусу питающей сети постоянного тока. Первая и вторая обкладки конденсатора подключены к первому и второму выводам обмотки статора двигателя соответственно (Лабунцов В.А. Автономные тиристорные инверторы / В.А.Лабунцов, Г.А.Ривкин, Г.И.Шевченко. - М - Л.: «Энергия», 1967. - с.20, рис.7в).

Основными недостатками описанного устройства являются низкая надежность, высокая стоимость и повышенные габариты вследствие использования бумажных конденсаторов для обеспечения емкостного запирания тиристоров и сглаживающего силового реактора, уменьшающего пульсацию выпрямленного постоянного напряжения, а также сложной системы управления для коммутации тиристоров инверторов, обеспечивающих управление путем широтно-импульсной модуляции.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и экономичности, а также снижения габаритов устройства при обеспечении векторно-алгоритмического управления.

Для решения поставленной задачи в регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомый сетью, содержащий однофазные мостовые автономные инверторы-преобразователи частоты, выполненные на полупроводниковых ключах, подсоединенных к питающей сети постоянного тока, в которых к средней точке последовательно соединенных полупроводниковых ключей подключены обмотки статора, согласно изобретению введен диодный мост, у которого один выход переменного напряжения соединен с фазой питающей сети, другой выход переменного напряжения подсоединен к нулю питающей сети, положительный выход постоянного напряжения соединен с коллекторами транзисторов, являющихся полупроводниковыми ключами и использующихся с запиранием по базе, а отрицательный выход постоянного напряжения соединен с эмиттерами транзисторов, при понижении частоты вращения электромагнитного поля статора путем векторно-алгоритмической коммутации соответствующих транзисторов, ведомых сетью.

Использование регулируемого транзисторного редуктора с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомого сетью, в однофазной сети обуславливает создание вращающегося магнитного поля статора путем алгоритмической коммутации транзисторов, что позволяет получить не только требуемое направление тока в обмотках статора, но и пониженную частоту вращающего магнитного поля статора.

Повышение надежности, экономичности и снижение габаритов устройства обеспечиваются за счет упрощения как силовой части устройства, так и системы управления для коммутации транзисторов в однофазном мостовом автономном инверторе-преобразователе частоты.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема регулируемого транзисторного редуктора с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомого сетью; на фиг.2 - векторная диаграмма вращения магнитного потока поля статора, состоящего из четырех фиксированных положений; на фиг.3 - векторная диаграмма вращения магнитного потока поля статора, состоящего из восьми фиксированных положений; на фиг.4 - векторная диаграмма вращения магнитного потока поля статора, состоящего из шести фиксированных положений; на фиг.5 - векторная диаграмма вращения магнитного потока поля статора, состоящего из трех фиксированных положений; на фиг.6 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.2; на фиг.7 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.3; на фиг.8 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.4; на фиг.9 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.5; на фиг.10 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора для высокочастотного регулирования скорости в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.2; на фиг.11 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.3; на фиг.12 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.4; на фиг.13 - пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.5.

Кроме того, на чертежах изображено следующее:

- Ф - фаза;

- 0 - ноль;

- t₁-t₈ - промежутки времени;

- C1-C4 - выводы статорных обмоток двухфазного асинхронного двигателя;

- L1, L2 - статорные обмотки.

- V1-V8 - транзисторы;

- VD1-VD4 - диоды;

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

- π, 2π, 3π, 4π, 5π, 6π, 7π, 8π, 9π - полупериоды выпрямленного напряжения;

- дугообразные линии со стрелкой - направления вращения магнитного поля статора;

- U_выпр.=f(t) - изменение выпрямленного напряжения во времени.

Регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомый сетью, содержит однофазные мостовые автономные инверторы-преобразователи частоты, выполненные на полупроводниковых транзисторах, являющихся полупроводниковыми ключами и использующихся с запиранием по базе, подсоединенные к питающей сети постоянного тока. В однофазных мостовых автономных инверторах-преобразователях частоты к средней точке последовательно соединенных транзисторов подключены обмотки статора. Во введенном в устройство диодном мосте один выход переменного напряжения соединен с фазой питающей сети, другой выход переменного напряжения подсоединен к нулю питающей сети, положительный выход постоянного напряжения соединен с коллекторами транзисторов, а отрицательный выход постоянного напряжения соединен с эмиттерами этих транзисторов. При этом используется не сглаженное однофазное двухполупериодное выпрямленное напряжение источника питания, а также осуществляется понижение частоты вращающегося электромагнитного поля статора путем векторно-алгоритмической коммутации соответствующих транзисторов, ведомых сетью.

Пример выполнения регулируемого транзисторного редуктора с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомого сетью. Регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока содержит два однофазных мостовых автономных инвертора-преобразователя частоты, каждый из которых имеет по четыре полупроводниковых транзистора 1, 2, 3, 4 (V1-V4) и 5, 6, 7, 8 (V5-V8), а также содержит диодный выпрямительный мост, образованный диодами 9, 10, 11, 12 (VD1-VD4). Один выход переменного напряжения диодного моста, то есть анод диода 12 (VD1) и катод диода 11 (VD2) подключены к фазе питающей сети постоянного тока, а другой выход переменного напряжения, то есть анод диода 9 (VD3) и катод диода 10 (VD4) подключены к нулю питающей сети постоянного тока.

К обмотке 13 (L1) статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя подключены четыре транзистора 5, 6, 7, 8 (V5-V8), соединенных по два последовательно в каждой ветви - транзисторы 5, 6 (V5, V6) и транзисторы 7, 8 (V7, V8) - и соединенных параллельно в две ветви - транзисторы 5, 8 (V5, V8) и транзисторы 6, 7 (V6, V7). При этом обмотка 13 (L1) подключена к средним точкам последовательно соединенных транзисторов 5, 6 (V5, V6) и 7, 8 (V7, V8).

К обмотке 14 (L2) статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя подключены четыре транзистора 1, 2, 3, 4 (V1-V4), соединенных по два последовательно в каждой ветви - транзисторы 1, 4 (V1, V4) и транзисторы 2, 3 (V2, V3) - и соединенных параллельно в две ветви - транзисторы 3, 4 (V3, V4) и транзисторы 1, 2 (V1, V2). При этом обмотка 14 (L2) подключена к средним точкам последовательно соединенных транзисторов 1, 4 (V1, V4) и 2, 3 (V2, V3).

Таким образом, к средним точкам двух пар полупроводниковых транзисторов, образованных транзисторами 1, 4 и 2, 3 (V1-V4), подключена обмотка 14 (L2) с выводами 15, 16 (C3-C4) статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя. К средним точкам двух пар полупроводниковых транзисторов, образованных транзисторами 5, 8 и 6, 7 (V5-V8), подключена обмотка 13 (L1) с выводами 17, 18 (C1-C2) статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя.

Эмиттер транзистора 4 (V4) и коллектор транзистора 1 (V1) подключены к выводу 15 (C3) обмотки статора. Эмиттер транзистора 3 (V3) и коллектор транзистора 2 (V2) подключены к выводу 16 (C4) обмотки статора. Эмиттер транзистора 6 (V6) и коллектор транзистора 7 (V7) подключены к выводу 18 (C2) обмотки статора. Эмиттер транзистора 5 (V5) и коллектор транзистора 8 (V8) подключены к выводу 17 (C1) обмотки статора.

Эмиттер транзистора 7 (V7) и эмиттер транзистора 8 (V8) подключены к эмиттеру транзистора 1 (V1) и эмиттеру транзистора 2 (V2), а также к минусу диодного моста. Коллектор транзистора 5 (V5) и коллектор транзистора 6 (V6) подключены к коллектору транзистор 4 (V4) и коллектору транзистора 3 (V3), а также к плюсу диодного моста.

Транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (V1-V8) могут иметь как структуру «n-p-n», так и «p-n-p».

С помощью регулируемого транзисторного редуктора с явно выраженным звеном постоянного тока осуществляется векторное-алгоритмическое управление однофазным двухобмоточным асинхронным электродвигателем при создании нескольких типов вращающихся полей статора: прохождением или четырех последовательных фиксированных положений вектора магнитного потока кругового вращающегося поля при одновременном включении только одной из обмоток статора двигателя, или восьми последовательно фиксированных положений вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора двигателя, при одновременном включении одной или двух обмоток статора, или шести последовательно фиксированных положений вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора двигателя, также при двух или одной одновременно включенной обмотке статора, или трех последовательно фиксированных положений вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора.

Векторное управление однофазным двухобмоточным асинхронным электродвигателем при прохождении четырех последовательных фиксированных положений вектора магнитного потока статора за один оборот двигателя при одновременном включении только одной обмотки статора двигателя производится следующим образом.

Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фигуре 2, в последовательности I-II-III-IV, необходимо подавать управляющие импульсы на транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (V1-V8) в следующем порядке (фиг.6):

- в первый полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.6 и формирующие I фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- во второй полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 2, 4 (V2, V4), обеспечивающие протекание тока по обмотке 14 (L2) в показанном направлении на фиг.6 и формирующие II фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 6,8 (V6, V8) отключены;

- в третий полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.6 и формирующие III фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 2,4 (V2, V4) отключены;

- в четвертый полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 1, 3 (V1, V3), обеспечивающие протекание тока по обмотке 14 (L2) в показанном направлении на фиг.6 и формирующие IV фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 5,7 (V5, V7) отключены.

- в пятый и последующий полупериоды процесс повторяется, начиная с первого полупериода.

При вышеописанных последовательностях включения транзисторов данный регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомый сетью, позволяет работать двигателю на частоте .

Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора двухфазного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фигуре 3, в последовательности I-II-III-IV-V-VI-VII-VIII, необходимо подавать управляющие импульсы на транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (V1-V8) в следующем порядке (фиг.7):

- в первый полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.7 и формирующие I фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- во второй полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 2, 4 (V2, V4) и остаются включенными транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.7 и формирующие II фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в третий полупериод питающего напряжения продолжают работать транзисторы 2, 4 (V2, V4), обеспечивающие протекание тока по обмотке 14 (L2) в показанном направлении на фиг.7 и формирующие III фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 6, 8 (V6, V8) отключены;

- в четвертый полупериод питающего напряжения продолжают работать транзисторы 2, 4 (V2, V4) и включаются транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.7 и формирующие IV фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в пятый полупериод питающего напряжения продолжают работать транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.7 и формирующие V фиксированное положение магнитного потока поля статора, а транзисторы 2, 4 (V2, V4) отключены;

- в шестой полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 1, 3 (V1, V3) и продолжают работать транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.7 и формирующие V1 фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в седьмой полупериод питающего напряжения продолжают работать транзисторы 1, 3 (V1, V3), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.7 и формирующие VII фиксированное положение магнитного потока поля статора, а транзисторы 5, 7 (V5, V7) отключены;

- в восьмой полупериод питающего напряжения продолжают работать транзисторы 1, 3 (V1, V3) и включаются транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.7 и формирующие VIII фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в девятом полупериоде начинается повтор первого полупериода и так далее аналогично описанию выше.

При вышеописанных последовательностях включения транзисторов данный регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомый сетью, позволяет работать двигателю на частоте .

Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора двухфазного асинхронного двигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фигуре 4, в последовательности I-II-III-IV-V-VI, необходимо подавать управляющие импульсы на транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (V1-V8) в следующем порядке (фиг.8):

- в первый полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.8 и формирующие I фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- во второй полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 2, 4 (V2, V4) и остаются включенными 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.8 и формирующие II фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в третий полупериод питающего напряжения продолжают работать транзисторы 2, 4 (V2, V4) и включаются транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.8 и формирующие III фиксированное положение магнитного потока поля статора, а транзисторы 6, 8 (V6, V8) отключены;

- в четвертый полупериод питающего напряжения продолжают работать транзисторы V5, V7, обеспечивающие протекание тока по обмотке L1 в показанном направлении на фиг.8 и формирующие IV фиксированное положение, транзисторы V2, V4 при этом отключены;

- в пятый полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 1, 3 (V1, V3) и остаются включенными транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.8 и формирующие V фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в шестой полупериод питающего напряжения продолжают работать транзисторы 1, 3 (V1, V3) и включаются транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.8 и формирующие VI фиксированное положение магнитного потока поля статора, а транзисторы 5, 7 (V5, V7) при этом отключены;

- начиная с 7 полупериода идет повторение управления транзисторами аналогично описанному, начиная с первого полупериода.

При вышеописанных последовательностях включения транзисторов, данный регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомый сетью, позволяет работать двигателю на частоте .

Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора двухфазного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фигуре 5, в последовательности I-II-III, необходимо подавать управляющие импульсы на транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (V1-V8) в следующем порядке (фиг.9):

- в первый полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.9 и формирующие I фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- во второй полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 2, 4, 5, 7 (V2, V4, V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.9 и формирующие II фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 6, 8 (V6, V8) отключаются;

- в третий полупериод питающего напряжения включаются и работают транзисторы 1, 3 (V1, V3) и остаются включенными транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.9 и формирующие III фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 2, 4 (V2, V4) отключены.

- начиная с четвертого полупериода процесс включения транзисторов повторяется аналогично вышеизложенному описанию.

При вышеописанных последовательностях включения транзисторов, данный регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомый сетью, позволяет работать электродвигателю на частоте .

Кроме того, в течение каждого полупериода можно производить высокочастотное переключение транзисторов для повышения скорости вращения электродвигателя, переключая транзисторы в том же порядке, но с более высокой частотой.

Например, для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фигуре 2, в последовательности I-II-III-IV, необходимо подавать управляющие импульсы на транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (V1-V8) в следующем порядке (фиг.10):

- в момент времени t₁ включаются и работают транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.10 и формирующие I фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в момент времени t₂ включаются и работают транзисторы 2, 4 (V2, V4), обеспечивающие протекание тока по обмотке 14 (L2) в показанном направлении на фиг.10 и формирующие II фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 6, 8 (V6, V8) отключаются;

- в момент времени t₃ включаются и работают транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.10 и формирующие III фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 2,4 (V2, V4) отключаются;

- в момент времени t₄ включаются и работают транзисторы 1, 3 (V1, V3), обеспечивающие протекание тока по обмотке 14 (L2) в показанном направлении на фиг.10 и формирующие IV фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 5,7 (V5, V7) отключаются;

- затем процесс включения транзисторов повторяется, начиная с момента t₁.

При вышеописанных последовательностях включения транзисторов, данный регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомый сетью, позволяет работать электродвигателю на частоте 2·f_сети.

Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора однофазного двухобмоточного асинхронного двигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фигуре 3, в последовательности I-II-III-IV-V-VI-VII-VIII, необходимо подавать управляющие импульсы на транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (V1-V8) в следующем порядке (фиг.11):

- в момент времени t₁ включаются и работают транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.11 и формирующие I фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в момент времени t₂ включаются и работают транзисторы 2, 4 (V2, V)4 и остаются включенными транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.11 и формирующие II фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в момент времени t₃ продолжают работать транзисторы 2, 4 (V2, V4), обеспечивающие протекание тока по обмотке 14 (L2) в показанном направлении на фиг.11 и формирующие III фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 6, 8 (V6, V8) отключаются;

- в момент времени t₄ продолжают работать транзисторы 2, 4 (V2, V4) и включаются транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.11 и формирующие IV фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в момент времени t₅ продолжают работать транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L) в показанном направлении на фиг.11 и формирующие V фиксированное положение магнитного потока поля статора, а транзисторы 2, 4 (V2, V4) отключаются;

- в момент времени t₆ включаются и работают транзисторы 1, 3 (V1, V3) и продолжают работать транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.11 и формирующие VI фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в момент времени t₇ продолжают работать транзисторы 1, 3 (V1, V3), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.11 и формирующие VII фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 5, 7 (V5, V7) отключаются;

- в момент времени t₈ продолжают работать транзисторы 1, 3 (V1, V3) и включаются транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.11 и формирующие VIII фиксированное положение магнитного потока поля статора.

- затем процесс включения транзисторов повторяется, начиная с момента t₁.

При вышеописанных последовательностях включения транзисторов, данный регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомый сетью, позволяет работать двигателю на частоте 2·f_сети.

Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора двухфазного асинхронного двигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фигуре 4, в последовательности I-II-III-IV-V-VI, необходимо подавать управляющие импульсы на транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (V1-V8) в следующем порядке (фиг.12):

- в момент времени t₁ включаются и работают транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.12 и формирующие I фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в момент времени t₂ включаются и работают транзисторы 2, 4 (V2, V4) и остаются включенными транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.12 и формирующие II фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в момент времени t₃ продолжают работать транзисторы 2, 4 (V2, V4) и включаются транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.12 и формирующие III фиксированное положение магнитного потока поля статора, а транзисторы 6, 8 (V6, V8) отключаются;

- в момент времени t₄ продолжают работать транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.12 и формирующие IV фиксированное положение магнитного потока поля статора, а транзисторы 2, 4 (V2, V4) отключаются;

- в момент времени t₅ включаются и работают транзисторы 1, 3 (V1, V3) и остаются включенными транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.12 и формирующие V фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в момент времени t₆ продолжают работать транзисторы 1, 3 (V1, V3) и включаются транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.12 и формирующие VI фиксированное положение магнитного потока поля статора, а транзисторы 5, 7 (V5, V7) отключаются;

- затем процесс включения транзисторов повторяется, начиная с момента t₁.

При вышеописанных последовательностях включения транзисторов, данный регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомый сетью, позволяет работать электродвигателю на частоте 2·f_сети.

Для обеспечения вращения вектора магнитного потока поля статора двухфазного асинхронного двигателя в соответствии с векторной диаграммой, показанной на фигуре 5, в последовательности I-II-III, необходимо подавать управляющие импульсы на транзисторы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (V1-V8) в следующем порядке (фиг.13):

- в момент времени t₁ включаются и работают транзисторы 6, 8 (V6, V8), обеспечивающие протекание тока по обмотке 13 (L1) в показанном направлении на фиг.13 и формирующие I фиксированное положение магнитного потока поля статора;

- в момент времени t₂ включаются и работают транзисторы 2, 4, 5, 7 (V2, V4, V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.13 и формирующие II фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 6, 8 (V6, V8) отключаются;

- в момент времени t₃ включаются и работают транзисторы 1, 3 (V1, V3) и остаются включенными транзисторы 5, 7 (V5, V7), обеспечивающие протекание тока по обмоткам 13, 14 (L1, L2) в показанном направлении на фиг.13 и формирующие III фиксированное положение магнитного потока поля статора, при этом транзисторы 2, 4 (V2, V4) отключаются;

- затем процесс включения транзисторов повторяется, начиная с момента t₁.

При вышеописанных последовательностях включения транзисторов данный регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомый сетью, позволяет работать двигателю на частоте 2·f_сети. Аналогичным образом можно сформировать работу асинхронного электродвигателя и на более высоких скоростях, при этом для увеличения частоты вращения электродвигателя можно полностью пропускать два, три, четыре и так далее раз векторные диаграммы, изображенные на фиг.2-5, а также и по дробному числу раз.

Таким образом, предлагаемое изобретение может быть использовано для широкого регулирования скорости вращения однофазного двухобмоточного асинхронного электродвигателя при питании от переменного напряжения однофазной сети, при высоких показателях надежности и экономичности и малых габаритах.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в регулируемом электроприводе переменного тока при питании от однофазной сети двухфазного асинхронного электродвигателя, в бытовой технике. Техническим результатом является упрощение системы управления коммутацией транзисторов, повышение надежности и экономичности устройства и снижение габаритов. Однофазные мостовые автономные инверторы-преобразователи частоты выполнены на полупроводниковых ключах, подсоединенных к питающей сети постоянного тока, в которых к средним точкам последовательно соединенных полупроводниковых ключей подключены обмотки статора. Один выход переменного напряжения введенного диодного моста соединен с фазой питающей сети, другой выход переменного напряжения диодного моста подсоединен к нулю питающей сети. Положительный выход постоянного напряжения диодного моста соединен с коллекторами транзисторов, являющихся полупроводниковыми ключами и использующихся с запиранием по базе. Отрицательный выход постоянного напряжения диодного моста соединен с эмиттерами этих транзисторов. Понижение частоты вращения электромагнитного поля статора осуществляют путем векторно-алгоритмической коммутации соответствующих транзисторов, ведомых сетью. 13 ил.

Регулируемый транзисторный редуктор с явно выраженным звеном постоянного тока, ведомый сетью, содержащий однофазные мостовые автономные инверторы-преобразователи частоты, выполненные на полупроводниковых ключах, подсоединенных к питающей сети постоянного тока, в которых к средним точкам последовательно соединенных полупроводниковых ключей подключены обмотки статора, отличающийся тем, что введен диодный мост, у которого один выход переменного напряжения которого соединен с фазой питающей сети, другой выход переменного напряжения подсоединен к нулю питающей сети, положительный выход постоянного напряжения соединен с коллекторами транзисторов, являющихся полупроводниковыми ключами и использующихся с запиранием по базе, а отрицательный выход постоянного напряжения соединен с эмиттерами этих транзисторов, при понижении частоты вращения электромагнитного поля статора путем векторно-алгоритмической коммутации соответствующих транзисторов, ведомых сетью.