| Приоритеты: |
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания асинхронных трехфазных двигателей. Техническим результатом является повышение экономичности и снижение габаритов. В устройстве бесконденсаторного запуска трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя от однофазной сети статорные обмотки асинхронного двигателя соединены в звезду и подключены к однофазной сети через полупроводниковые ключи. В качестве полупроводниковых ключей использованы динисторы, соединенные встречно-параллельно для подключения одним общим выходом к выходу статорной обмотки, не соединенной с фазой и нулем питающей сети, другим общим выходом – к нулю питающей сети и к выходу статорной обмотки, подключенной к нулю питающей сети. 3 ил.
Рисунки к патенту РФ 2370877
Предлагаемое изобретение относится к устройствам запуска трехфазных асинхронных короткозамкнутых электродвигателей от однофазной сети и может быть использовано в электроприводе для питания асинхронных трехфазных электродвигателей, статорные обмотки которых соединена в звезду.
Известно устройство конденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети, содержащее конденсатор, реактор и два тиристора. Конденсатор и индуктивность имеют общий выход, который предназначен для соединения с выходом обмотки статора. Другим выходом конденсатор соединен с нулем питающей сети и с общей точкой двух тиристоров, соединенных встречно-параллельно. Другим выходом тиристоры соединены с другим выходом индуктивности. Обмотки данного электродвигателя соединены по типу звезда (Глазенко Т.А. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности. / Т.А.Глазенко. – Ленишрад: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1983. – С.61, рис.13).
Основными недостатками описанного устройства конденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети являются повышенные габариты вследствие необходимости использования бумажных конденсаторов большой емкости, а такжс низкая надежность.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети, содержащее полупроводниковые ключи, в качестве которых использованы такие силовые элементы, как три симмистора или шесть тиристоров для коммутации обмоток электродвигателя. Один из выходов симмистора или тиристора подключен к нулю питающей сети, а другой выход тиристора или симмистора подключен к соответствующей обмотке статора. При этом статорные обмотки электродвигателя соединены по типу звезда, а нулевой вывод электродвигателя подключен к фазе питающей сети (Глазенко Т.А. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности / Т.А.Глазенко. – Ленинград: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1983. – С.61, рис.12).
Основными недостатками описанного устройства регулирования частоты вращения трехфазного асинхронного электродвигателя от однофазной сети являются низкая надежность, большие габариты и высокая стоимость, что объясняется значительным количеством силовых элементов.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности и экономичности, а также уменьшение габаритов устройства.
Для решения поставленной задачи в устройстве бесконденсаторного запуска трехфазного короткозамкнутого электродвигателя от однофазной сети, содержащем полупроводниковые ключи, подключенные к питающей сети и статорной обмотке, при соединении статорных обмоток по схеме «звезда», согласно изобретению в качестве ключа использованы динисторы, соединенные встречно – параллельно для подключения одним общим выходом к выходу статорной обмотки, не соединенной с фазой и нулем питающей сети, другим общим выходом – к нулю питающей сети и к выходу статорной обмотки, подключенной к нулю питающей сети.
Повышение надежности и экономичности, а также снижение габаритов устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети обусловлены исключением системы управления открытием и закрытием тиристоров или симмисторов путем введения динисторов, соединенных встречно – параллельно для подключения одним общим выходом к выходу статорной обмотки, не соединенной с фазой и нулем питающей сети, другим общим выходом – к нулю питающей сети и к выходу статорной обмотки, подключенной к нулю питающей сети, не требующих управления открытием и закрытием, при уменьшении количества силовых элементов.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети; на фиг.2 – векторная диаграмма вращения, состоящая из четырех фиксированных положений магнитного потока поля статора; на фиг.3 показано пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображенной на фиг.2. Кроме того, на чертежах изображено следующее:
– А, В, С – обмотки электродвигателя;
– I, II, III, IV – последовательные фиксированные положения вектора магнитного потока кругового вращающегося поля статора трехфазного электродвигателя;
– дугообразные линии со стрелкой – направления вращения магнитного поля статора;
– Uсети=f(t) – изменение питающего напряжения во времени.
Устройство бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети содержит полупроводниковые ключи, в качестве которых использованы динисторы 1(VD2) и 2(VD1), соединенные встречно – параллельно для подключения одним общим выходом к выходу статорной обмотки А, не соединенной с фазой и нулем питающей сети, другим общим выходом – к нулю питающей сети и к выходу статорной обмотки В, подключенной к нулю питающей сети. Статорная обмотка С подключена к фазе питающей сети. Статорные обмотки А, В, С соединены по схеме «звезда».
Устройство бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети работает следующим образом. При прохождении положительной полуволны питающего напряжения сначала ток проходит по всем трем обмоткам электродвигателя А, В, С (фиг.3). Образуется первое положение вектора магнитного поля статора. При достижении порогового значения питающего напряжения открывается динистор 1(VD2). Происходит закорачивание обмотки В и образуется второе положение вектора магнитного поля статора. При прохождении отрицательной полуволны питающего напряжения, сначала ток проходит по всем трем обмоткам А, В, С электродвигателя. Образуется третье положение вектора магнитного поля статора. При достижении порогового значения питающего напряжения открывается динистор 2(VD1). Происходит закорачивание обмотки В и образуется четвертое положение вектора магнитного поля статора. Поле статора получается эллипсоидным, пространственным, изменяющимся во времени.
Таким образом, увеличиваются надежность и экономичность, а также снижаются габариты устройства бесконденсаторного запуска трехфазного электродвигателя от однофазной сети.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство бесконденсаторного запуска трехфазного короткозамкнутого электродвигателя от однофазной сети, содержащее полупроводниковые ключи, подключенные к питающей сети и статорной обмотке, при соединении статорных обмоток по схеме «звезда», отличающееся тем, что в качестве ключей использованы динисторы, соединенные встречно-параллельно для подключения одним общим выходом к выходу статорной обмотки, не соединенной с фазой и нулем питающей сети, другим общим выходом – к нулю питающей сети и к выходу статорной обмотки, подключенной к нулю питающей сети.
Асинхронные электродвигатели просты по конструкции, дешевы, массово применяются в различных производствах. Не обходятся без них домашние мастера, запитывая их от 220 вольт с пусковыми и рабочими емкостями.
Но, есть альтернативный вариант. Это — подключение трёхфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов, который тоже имеет право на существование.
Ниже я показываю 4 схемы реализации такого проекта. Вы можете выбрать для себя любой из них, более подходящий под ваши личные интересы и местные условия эксплуатации.
С этой темой я впервые столкнулся в конце 1998 года, когда к нам в электролабораторию РЗА пришел друг связист с журналом Радио за №6 от 1996 года и показал статью про безконденсаторный запуск.
Мы сразу решили испытать ее в деле, благо все детали, включая тиристоры и подходящий двигатель, у нас имелись. Как раз был перерыв на обед.
Для проверки спаяли электронный блок навесным монтажом. Справились где-то меньше, чем за час. Схема заработала практически без наладки. Оставили ее для наждака.
Порадовали маленькие габариты блока и отсутствие необходимости подбирать конденсаторы. Особых отличий в потере мощности по сравнению с конденсаторным пуском замечено не было.
Принципы работы электронной схемы: запуск трехфазного асинхронного электродвигателя без конденсаторов
Для подключения в однофазную сеть по этому методу подойдет любой асинхронный движок типового исполнения.
Автор Голик обращает внимание, что обороты ротора в минуту должны составлять не 3000, а 1500. Связано это с конструкцией обмоток статора.
Мощность устройства ограничена электрическими характеристиками силовых диодов и тиристоров — 10 ампер с величиной обратного напряжения более 300 вольт.
Три обмотки статора необходимо подключать по схеме треугольника.
Их выводы собираются на клеммной колодке тремя последовательными перемычками.
Напряжение 220 вольт подключается через защитный автоматический выключатель параллельно одной обмотке, назовем ее «A». Две другие оказываются последовательно соединенными между собой и параллельно — с ней.
Обозначим их «B» и «C». На выводы одной из них, например, «B» подключается электронный блок. Назовем его ключом «k».
Представим, что ее контакт всегда разомкнут, а напряжение подано. Тогда по цепочкам «A» и «B+C» станут протекать токи Ia и Ib+c. Мы знаем, что сопротивление всех обмоток статора (резистивно-индуктивное) одинаково.
Поэтому в цепи «A» ток станет в два раза превышать вектор Ib+c, а по фазе они будут совпадать.
Каждый из этих токов создаст вокруг себя магнитный поток. Но, они не смогут в этой ситуации привести во вращение ротор.
Чтобы электродвигатель стал работать, необходимо сдвинуть по углу два этих магнитных потока (или токи между собой). Эту функцию в нашем случае выполняет электронный ключ.
Его конструкция собрана так, что он кратковременно замыкается, а затем размыкается, шунтируя обмотку «B».
Для этого процесса выбирается момент времени, когда синусоида напряжения достигает максимального амплитудного значения, а сила тока в обмотке «C», ввиду ее индуктивного сопротивления, минимальна.
Резкое закорачивание сопротивления «B» в цепи «B+C» создает бросок тока через замкнутый электронный контакт по виткам обмотки «C», который быстро возрастает и затем снижается под влиянием уменьшения амплитуды напряжения до нуля.
Между токами в обмотках «A» и «C» образуется временной сдвиг, обозначенный буквой φ. За счет возникновения этого угла сдвига фаз создается суммирующий магнитный поток, начинающий раскрутку ротора двигателя.
Форма тока в обмотке «C» при работе электронного ключа отличается от гармоничной синусоиды, но она не мешает создать на валу ротора крутящий момент.
При переходе полуволны синусоиды напряжения в область отрицательных значений картина повторяется, а двигатель продолжает раскручиваться дальше.
Электронная схема В Голик: устройство запуска трехфазных электродвигателей на доступной элементной базе
Силовая выходная часть электронного ключа, осуществляющая коммутацию обмотки, выполнена на двух мощных диодах (VD1, VD2) и тиристорах (VS1, VS2), включенных по схеме обычного моста.
Однако здесь они выполняют другую задачу: своими плечами из одного тиристора и диода поочередно шунтируют обмотку подключенного электродвигателя при достижении амплитудного значения синусоиды напряжения на схеме.
За счет такого подключения создан электронный ключ двунаправленного действия, реагирующий на положительную и отрицательную полуволну гармоники.
Диодами VD3 и VD4 осуществляется двухполупериодное напряжение сигнала, поступающего на цепи управления. Оно ограничивается и стабилизируется резистором R1 и стабилитроном VD5.
Сигналы на открытие тиристоров электронного ключа поступают от биполярных транзисторов (VT1 и VT2).
Переменный резистор R7 с номиналом на 10 килоом предназначен для регулировки момента открытия силового тиристора. Когда его ползунок установлен в минимальное положение сопротивления, то электронный ключ срабатывает при наибольшем напряжении амплитуды на обмотке B.
Максимальное введение сопротивления резистора R7 закрывает электронный ключ.
Запуск схемы осуществляют при положении ползунка R7, соответствующем максимальному сдвигу фаз токов между обмотками. После этого его сдвигают, определяют наиболее устойчивый режим работы, который зависит от приложенной нагрузки и мощности двигателя.
Все электронные детали со своими номиналами приведены на схеме. Они не являются дефицитными. Их можно заменить любыми другими элементами, соответствующими по электрическим характеристикам.
Вариант их размещения на электронной печатной плате показан на картинке. Регулировочный резистор R7 показан справа двумя подключенными проводами, синим и коричневым. Сам он не виден на фото.
Силовая часть, созданная для работы с электродвигателями небольшой мощности, может выполняться без радиаторов охлаждения, как показано здесь. Если же диоды и тиристоры работают на пределе своих возможностей, то теплоотвод обязателен.
2 схемы подключения трехфазного двигателя к однофазной сети без конденсаторов автора В Бурлако: в чем отличия
Здесь я полагаюсь на информацию из интернета, ибо вижу, что в принципе конструкции рабочие, а принципы управления токами в обмотках те же, что предложил В Голик.
Кстати, авторы статей ссылаются на автомобильный украинский журнал «Сигнал» №4 за 1999 год. Пришлось поискать его в интернете. Однако разочаровался, там оказалась полностью перепечатанная статья из журнала Радио под авторством В Голик. Вот так…
Если знаете, где можно найти первоисточник на эту информацию, то сообщите в комментариях.
Электронные ключи, выполненные по технологии Бурлако, работают так же. Они просто выполнены из других, более усовершенствованных полупроводников, как и силовая часть.
Схема запуска асинхронного двигателя от симисторного электронного ключа: усовершенствование конструкции В Голик
Картинка подключения трехфазного электродвигателя упростилась. Вместо двунаправленного силового блока из двух тиристоров и диодов здесь работает один симистор VS1 серии ТС-2-10.
Он также шунтирует одну обмотку «B» в момент достижения синусоидой напряжения амплитудного значения, когда ток параллельной цепочки минимален.
При этом создается сдвиг фаз токов в параллельных обмотках, как и в предыдущей схеме, порядка 50-80 угловых градусов, что достаточно для вращения ротора.
Работой симитора VS1 управляет ключ, выполненный на симметричном динисторе VS2 для каждого полупериода гармоники напряжения. Он получает команды от фазосдвигающей цепочки, выполненной из резистивно-емкостных элементов.
Сдвиг фазы сигнала конденсатором C дополняется общим сопротивлением R1+R2. Подстроечный резистор R2 на 68 кОм работает как R7 в предыдущей схеме, регулируя время заряда конденсатора и, соответственно, момент подключения VS2, а через него VS1 в работу.
Рекомендации автора по сборке и наладке
Схема испытывалась и предназначена для работы с электродвигателями, раскручивающими ротор до 1500 оборотов в минуту с электрической мощностью 0,5÷2,2 кВт.
На устройствах электронных ключей, работающих с мощными электродвигателями, необходимо обеспечивать теплоотвод с симистора VS1.
При наладке устройства обращают внимание на оптимальную подгонку угла сдвига фаз токов между обмотками, когда двигатель запускается и работает нормально: без шума, гула и вибраций. Для этого может потребоваться изменение номиналов у элементов фазосдвигающей цепочки.
Семисторы можно использовать другой марки. Важно, чтобы они соответствовали электрическим характеристикам. Вместо DB3 допустимо установить отечественный динистор KP1125.
Схема безконденсаторного запуска электродвигателей с большими пусковыми моментами
Она же хорошо подходит под управление двигателями, собранными для вращения со скоростью 3000 оборотов в минуту. С этой целью у нее изменена система подключения обмоток с треугольника на разомкнутую звезду.
На картинке ниже их полярность показана точками.
В этой ситуации создается больший крутящий момент для запуска ротора.
Рассматриваемая схема отличается от предыдущей дополнительным электронным ключом, подключенным к обмотке «A», создающим дополнительно сдвиг фазы тока. Он необходим для трудных условий работы.
Рекомендации автора по наладке и работе не изменились.
Преимущества схемы тиристорного преобразователя: автор В Соломыков
Эта разработка позволяет максимально эффективно сохранить мощность асинхронного двигателя при его подключении в однофазную сеть. Она является прообразом современных частотных преобразователей, но выполнена на старой и доступной элементной базе.
Тиристорный преобразователь позволяет сделать формы напряжений на каждой фазе очень похожими на идеальные, гармоничные синусоиды, под которые и создается асинхронный электродвигатель.
Питание от сети 220 вольт происходит через защиту — автоматический выключатель SF1 и диодный мост на базе Д233В.
Силовые выходные цепи образуются работой тиристорных ключей VS1-VS6.
Сдвиг фаз токов для питания каждой обмотки двигателя своим напряжением создается работой двух микросхем:
Они формируют такты сдвига напряжений сигналов в регистрах, а их сочетания подаются на входы управления тиристорами VS1÷VS6 через индивидуальные транзисторы VT1÷VT6 по запланированной временной диаграмме.
Логическая часть
Микросхема К176ИР2 вырабатывает по 2 раздельных 4-х разрядных регистра сдвига с четырьмя выходами Q от любого триггера. Каждый триггер двухступенчатый, типа D.
Ввод данных в регистр происходит через вход D. Также имеется вход для тактовых импульсов типа C. Они поступают через вход D 1-го триггера, а затем смещаются по ходу вправо на один такт.
Обнуление данных на выходе регистра Q происходит при поступлении на вход R (асинхронный сброс) напряжения логического уровня.
Таблица данных К176ИР2 и состояний регистров
Всем доброго времени суток. Кто запускал трехфазный электродвигатель от однофазной сети без конденсаторов от
Смотрите также
Комментарии 68
скорее всего ваш двигатель высоко оборотистый для этой схемы. бывают stroysvoy-dom.ru/trexfazn…j-seti-bez-kondensatorov/
Вот так у мня www.drive2.ru/b/1604719/
И токарник работает и бетономес, и компрессор.
проще простого
от руки раскручиваеш и подаеш напряжение))))
я вообще сделал преобразователь из 4 кв мотора с кондёром а от него запускаю 3.4 кв на такарном станке и всё работает.
Без конденсатора не пускал, но поделюсь опытом по конденсаторам: Для пуска под нагрузкой нужен пусковой конденсатор, который в 2 раза больше чем рабочий. Т.к. конденсаторы дорогие, мы с ребятами схитрили, использовали в качестве пускового конденсатора электролиты! Время их работы пол секунды, за это время нагреться не успевают.
Вы двигатель на треугольник переключили? Надо режим выбрать по лучшему запуску. Это фазовый регулятор можно его проверить включив последовательно лампочку накаливания. Можете использовать другой фазовый регулятор или диммер, но надо проверить какой мощности можно подключать к нему индуктивную нагрузку.
двигатель уже в треугольнике
А вы если не секрет, для чего это двигатель хотите применить и почему на кондерах не хотите сделать сдвиг фаз?
Ну вот тебе расчет на каждые 100Вт нужно 7мкф это сколько нужно кондеров? Одним словом дох…
Вы с электронной схемой запуска теряете половину мощности двигателя. С кондерами все зависит от емкости конденсатора но тоже будет мощность меньше. От емкости конденсатора зависитпусковой момент двигателя потому и спрашивал для чего хотите применить двигатель. У меня на компрессоре в гараже стоит асинхронник на 1.5квт, и кондеров 80мкф хватает для его пуска вполне. Надо больше бери www.chipdip.ru/product0/9000239391/
Я бы тебе посоветовал обратиться по этому вопросу к этому товарисчу churekov
хорошо спрошу его
ус-во на схеме тупо регулирует ток в обмотке. А надо смещать фазу.
Регулятор этим и занимается он сдвигает вектор
я вижу тут фазо-импульсный "диммер", который регулирует мощность. в обмотке.
не, теоретически, это работать может, т.к. фазоимпульсный "диммер" именно по такому принципу работает: регулируемая задержка подачи тока относительно начала полупериода
но я всё-таки склоняюсь к тому, что это — "удаление гланд через задницу"
Я С тобой тут соглашусь с гландами
Для запуска 3х фазника необходим сдвиг фаз в данной схеме не понятно каким образом это достигается. Так — как при включении через кондеры ток опережает напругу на 90 град и создается крутящий момент
при помощи реостата происходит сдвиг
реостат не может сдвигать фазу.
реостат не может сдвинуть фазу, а RL — цепочка состоящая из обмотки двигателя и резистора может
Да, тут будет дело в индуктивности — индуктивность может сдвинуть. Вот только нам надо на мотор подать сдвинутую фазу. А не из мотора ее взять и ему же подать.
у нас в уневере лаба была, где моторы трехфазные пускали от однофазной цепи, как на конденсаторах так и через резистор
вот это интересно — как было реализовано? Какого типа были мотори?
моторы маленькие 1,5-2kW, стандартная схема включения только вместо конденсаторов подключали реостат (мощу не помню) естественно размеры реостат превосходили размеры мотора. я первый раз о работе мотора через резистор тогда на лабе узнал.
помучал интернет — да, можно так включить, но я так понял что резистор выполняет роль пускового устройства и дальше должен быть отключен.
"Непосредственно перед подключением электродвигателя к однофазной сети следует включить пусковое сопротивление; отключают пусковое сопротивление только после того, как двигатель достигнет частоты вращения, близкой к номинальной. К сожалению, при использовании способов включения трехфазного двигателя в однофазную сеть с помощью активного сопротивления можно получить от двигателя мощность, не превышающую половины его номинальной."
у нас в уневере лаба была, где моторы трехфазные пускали от однофазной цепи, как на конденсаторах так и через резистор
Может вспомнишь лабораторную и напишешь схему
не помню подробности, лет 12 прошло с того момента.
Собирал я эту схемку, правда на более мощных тиристорах, но с таким-же результатом. Так и лежит не заработавшая.
а какие ставил можешь написать
Тиристоры BTW69600 и диоды 30ETH06 (которые параллельно с ними)
