Online Electric

В статье рассмотрен вопрос разработки полупроводникового устройства бесконденсаторного запуска трехфазного короткозамкнутого электродвигателя от однофазной сети, при соединении обмоток статора по схеме «звезда» и «треугольник», описан способ работы устройства.

Как известно [1], трёхфазный короткозамкнутый электродвигатель, благодаря простоте конструкции и сравнительно небольшой стоимости по сравнению с электродвигателями других типов, является самым распространенным из электрических двигателей и применяется для комплектации электроприводов различных механизмов во всех отраслях промышленности, аграрного комплекса, бытовой техники (деревообрабатывающие станки, насосы, компрессоры и др.) и средств малой механизации бытового назначения (кормоизмельчители, бетоносмесители и др.).

В ряде случаев у отдельных потребителей отсутствует трехфазный источник электроэнергии. В связи с этим, в случае использования трехфазных короткозамкнутых двигателей, возникают проблемы выбора наиболее рациональной схемы запуска и работы асинхронного электродвигателя от однофазной сети.

Существуют различные способы запуска трехфазного короткозамкнутого электродвигателя от однофазной сети. Среди существующих способов запуска трехфазных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, наиболее простым является способ подключения одной из обмоток двигателя через фазосдвигающий конденсатор [2].

У данного метода запуска трехфазного двигателя от однофазной сети имеются следующие недостатки:

1)полезная мощность, развиваемая при этом электродвигателем, составляет 40 - 50% его мощности в трехфазном режиме;

2) низкая надежность и повышенная стоимость ввиду наличия в схеме конденсаторов;

3)большие габариты ввиду необходимости использования в схеме бумажных конденсаторов;

Вследствие серьезности перечисленных недостатков возникает задача нахождения более простого, стабильного и малогабаритного способа включения трехфазного короткозамкнутого электродвигателя в однофазную сеть.

Целесообразно использовать разработанные [3, 4] устройства бесконденсаторного запуска трехфазного короткозамкнутого электродвигателя от однофазной сети, при соединении обмоток статора по схеме «треугольник» (рисунок 1) и «звезда» (рисунок 2).

Рисунок 1 – Принципиальная электрическая схема бесконденсаторного запуска трёхфазного короткозамкнутого электродвигателя от однофазной сети, при соединении обмоток статора по схеме «треугольник»	Рисунок 2 – Принципиальная электрическая схема бесконденсаторного запуска трёхфазного короткозамкнутого электродвигателя от однофазной сети, при соединении обмоток статора по схеме «звезда»

Полупроводниковое устройство бесконденсаторного запуска трёхфазного короткозамкнутого электродвигателя от однофазной сети, при соединении обмоток статора по схеме «звезда» и «треугольник», содержит полупроводниковый ключ, в качестве которого использован полевой транзистор VТ1.

Работа устройства бесконденсаторного запуска трёхфазного электродвигателя от однофазной сети осуществляется следующим образом.

Рассмотрим случай соединения обмоток статора по схеме «звезда». При прохождении положительной полуволны питающего напряжения сначала ток проходит по двум обмоткам А и С электродвигателя (рисунок 3). Образуется первое положение вектора магнитного поля статора (рисунок 4).

Рисунок 3 – Осциллограмма напряжения сети, а также пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображённой на рисунке 4	Рисунок 4 - Векторная диаграмма вращения состоящего из четырех фиксированных положений магнитного потока поля статора

В момент времени t1 открывается транзистор VT1. Ток проходит по всем трём обмоткам А, В, С электродвигателя и образуется второе положение вектора магнитного поля статора. В момент времени t2, при прохождении отрицательной полуволны питающего напряжения, транзистор VT1 закрывается, ток проходит по двум обмоткам А и С электродвигателя. Образуется третье положение вектора магнитного поля статора. В момент времени t3 транзистор VT1 открывается. Ток проходит по всем трём обмоткам А, В, С электродвигателя и образуется четвертое положение вектора магнитного поля статора. Поле статора получается эллипсоидным, пространственным, изменяющимся во времени. В момент времени t4 алгоритм работы полупроводникового устройства бесконденсаторного запуска трёхфазного электродвигателя от однофазной сети повторяется.

В случае соединения обмоток статора по схеме «треугольник» при прохождении положительной полуволны питающего напряжения сначала ток проходит по всем трём обмоткам А, В, С электродвигателя (рисунок 5). Образуется первое положение вектора магнитного поля статора (рисунок 4).

Рисунок 5 – Осциллограмма напряжения сети, а также пофазное изменение магнитного потока в обмотках статора в соответствии с векторной диаграммой, изображённой на рисунке 4

В момент времени t1 открывается транзистор VТ1. Происходит закорачивание обмотки В и образуется второе положение вектора магнитного поля статора. При прохождении отрицательной полуволны питающего напряжения в момент времени t2 транзистор VТ1 закрывается и ток проходит по всем трём обмоткам А, В, С электродвигателя. Образуется третье положение вектора магнитного поля статора. В момент времени t3 транзистор VТ1 открывается. Образуется четвертое положение вектора магнитного поля статора. Поле статора получается эллипсоидным, пространственным, изменяющимся во времени. В момент времени t4 последовательность работы полупроводникового устройства бесконденсаторного запуска трёхфазного электродвигателя от однофазной сети повторяется.

Таким образом, при помощи описанного устройство, возможно осуществить бесконденсаторный пуск трёхфазных короткозамкнутых электродвигателей от однофазной сети, обмотки статора которых соединены по схеме «треугольник» или «звезда», без потерь мощности на перезарядку конденсаторов. Кроме того, устройство обладает повышенной надежностью, имеет меньшие габариты и не требует системы управления.

1. Онлайн Электрик: Электронная конференция «Электроэнергетика. Новые технологии». [Электронный ресурс]. URL: http://online-electric.ru/articles.php?id=12/ (дата обращения 29.03.2013).

2. ЭЛ-СХЕМА.РУ : Принципиальные эл. схемы и конструкции. [Электронный ресурс]. URL : http://el-shema.ru/publ/ehlektrika/trjokhfaznyj_dvigatel_v_odnofaznoj_seti/10-1-0-34/ (дата обращения 29.03.2013).

3. Пат. 124091 Российская Федерация, МПК Н 02 Р 27/04, Н 02 P 1/42, Н 02 Р 25/04. Полупроводниковое устройство бесконденсаторного запуска трехфазного короткозамкнутого электродвигателя от однофазной сети, при соединении обмоток статора в звезду [Текст] / Стальная М.И., Еремочкин С.Ю., Горлова Е.В., Пимонов А.Ю.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО АлтГТУ. - № 2012124179/07; заявл. 09.06.12; опубл. 10.01.13, Бюл. № 1. – 2 с.

4. Пат. 121972 Российская Федерация, МПК Н 02 Р 1/26. Полупроводниковое устройство бесконденсаторного запуска трехфазного короткозамкнутого электродвигателя от однофазной сети, при соединении обмоток статора в треугольник [Текст] / Стальная М.И., Еремочкин С.Ю., Горлова Е.В., Пимонов А.Ю.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО АлтГТУ. - № 2012124178/07; заявл. 09.06.12; опубл. 10.11.12, Бюл. № 31. – 2 с.