Вузол керування автономною електроенергетичною установкою (асинхронним двигуном)

Реферат: Вузол керування автономною електроенергетичною установкою (асинхронним двигуном) містить формувач імпульсів керування, напівпровідникові прилади з потенційним керуванням, напівпровідникові діоди, крім того він укомплектований додатково резисторами, транзисторами, стабілітроном, конденсатором, які з'єднані у фазну систему наступним чином: паралельно до напівпровідникового приладу з потенційним керуванням (тиристора) під'єднано послідовно увімкнені перший діод, перший резистор, другий резистор (змінний), четвертий резистор і конденсатор, паралельно до якого увімкнені перший і другий транзистори і п'ятий резистор, паралельно до ланки тиристор перший діод перший резистор увімкнено стабілітрон, паралельно до стабілітрона - подільник напруги, що складається з третього резистора і резистора бази другого транзистора, а електрод між третім резистором і резистором бази під'єднаний до колектора другого транзистора і бази першого транзистора, а його емітер під'єднаний до точки з'єднання четвертого резистора і конденсатора, причому керуючий електрод тиристора з'єднаний з точкою з'єднання емітера другого транзистора і п'ятого резистора. UA 78683 U (54) ВУЗОЛ КЕРУВАННЯ АВТОНОМНОЮ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНОЮ УСТАНОВКОЮ (АСИНХРОННИМ ДВИГУНОМ) UA 78683 U UA 78683 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електромашинобудування, зокрема до електроприводу з асинхронним двигуном, а саме до пристроїв здатних забезпечити плавність розгону електродвигуна, і може бути використана для обладнання підприємств, наприклад харчової промисловості, з різними формами власності, наприклад: приводи конвейєрів, кутерів, вовчків, шприців, подрібнювачів, тощо. Існує проблема забезпечення електроприводу цих машин з асинхронним двигуном плавним розгоном з обмеженням величини ударних електромагнітних моментів. Відомий асинхронний електродвигун з багатофазним статором і числом полюсів 2р≥4 підвищеної надійності для герметичного електроприводу, який містить трансформатор перетворення числа фаз з обертовим магнітним полем, первинну багатовиткову обмотку, вторинну стрижневу, що з'єднана з фазовими виводами стрижнів обмотки [Патент України № 3313, 10.06.2008]. Недоліком цього пристрою є складність конструкції, неможливість плавного розгону електродвигуна, додаткова наявність трансформатора. Відомий також асинхронний двигун, в якому зміна параметрів пазів і зубців обмоток статора і ротора дозволяє збільшити магнітний потік, що приводить до збільшення максимального і пускового моментів двигуна, а це, у свою чергу, покращує працездатність конвеєра [Патент України № 36490, 27.10.2008]. Недоліком його є значні габарити і потужності для електроприводу, які не можуть бути застосовані у багатьох видах промисловості, наприклад харчовій, відсутність системи регулювання. Відомий пристрій підключення живлення асинхронного двигуна, в корпусі якого виконані циліндричні поглиблення для розміщення болтів кріплення, залитих смолою. Корпус пристрою, клемники і з'єднання виводів двигуна нерухомо закріплені у корпусі з можливістю підключення асинхронного двигуна до зовнішнього електричного кола [Патент України № 36949, 10.1 1.2008]. Недоліками є неможливість регулювання напруги і струму, які подаються до електродвигуна та керування процесом розгону електроприводу. Відомий пристрій регулювання напруги збуджувача, в якому уведений регулювальний, напівпровідниковий ключ-регулятор, установлений з можливістю формування вихідної напруги збуджувача за допомогою задавачів [Патент України № 32278, 12.05.20081]. Причому регулювальний напівпровідниковий ключ-регулятор увімкнутий в коло збудження збуджувача. Недоліком його є збудження генератора живлення синхронного двигуна, невисока якість регулювання і надійність, а також набагато вища вартість синхронного двигуна. Відомий збудник тягових машин [Патент Российской Федерации № 2287216, 10.11.2006], який підключається через вхідні діоди до частини гальмових резисторів, при протіканні по яких гальмового струму з'являється напруга. Ця напруга через індуктивно-ємнісний фільтр і транзистор подається на послідовно увімкнені обмотки збудження тягових машин. Струм в обмотках збудження регулюється подачею імпульсів управління на затвор транзистора. Недоліком його є великі габарити, значна кількість громіздкого і ненадійного обладнання. Найбільш близьким до запропонованого вузла керування автономною електроенергетичною установкою за технічною суттю, призначенням і результатом, що досягається, є вузол керування автономною електроенергетичною установкою [Патент України № 33080, 10.06.20081]. Основними спільними елементами відомого і запропонованого вузлів керування є формувач імпульсів керування, напівпровідникові прилади з потенційним керуванням, напівпровідникові діоди. Недоліками відомого вузла є його складність, непристосованість його для роботи з асинхронним двигуном для приводу технологічних машин, наявність додаткового акумулятора і генератора. Запропонований нами пристрій дозволяє усунути вказані недоліки і здатний забезпечити плавний розгін асинхронного двигуна з обмеженням величини ударних електромагнітних моментів, що запобігає виходу з ладу асинхронних двигунів і дозволяє використовувати асинхронні двигуни номінальної потужності (тобто нема необхідності у використанні асинхронних двигунів з великим запасом по потужності). В основу корисної моделі поставлено задачу створити вузол керування автономною електроенергетичною установкою (асинхронним двигуном) відносно простий, пристосований для роботи з асинхронним двигуном для приводу технологічних машин. Поставлена задача вирішується тим, що він укомплектований додатково резисторами, транзисторами, конденсатором, які з'єднані у фазну систему наступним чином: паралельно до 1 UA 78683 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 напівпровідникового приладу з потенційним керуванням (тиристора) під'єднано послідовно увімкнені перший діод, перший резистор, другий резистор (змінний), четвертий резистор і конденсатор, паралельно до якого увімкнені перший і другий транзистори і п'ятий резистор, паралельно до ланки тиристор-перший діод-перший резистор увімкнено стабілітрон, паралельно до стабілітрона - подільник напруги, що складається з третього резистора і резистора бази другого транзистора, а електрод між третім резистором і резистором бази під'єднаний до колектора другого транзистора і бази першого транзистора, а його емітер під'єднаний до точки з'єднання четвертого резистора і конденсатора, причому керуючий електрод тиристора з'єднаний з точкою з'єднання другого транзистора і п'ятого резистора. Асинхронний двигун увімкнений на фазні напруги через напівпровідниковий прилад з потенційним керуванням (тиристор), який під'єднаний до фазної системи, з'єднаної з формувачем імпульсів керування. При проведенні патентного пошуку заявником знайдено технічне рішення [Патент України № 33080, 10.06.2008], яке містить найбільшу кількість суттєвих ознак, спільних з запропонованим вузлом керування автономною електроенергетичною установкою (формувач імпульсів керування, напівпровідникові прилади з потенційним керуванням, напівпровідникові діоди). Однак наявність зазначених спільних з прототипом ознак, недостатня для отримання технічного результату, який забезпечує заявлений вузол керування автономною електроенергетичною установкою. Технічних рішень, які б за сукупністю ознак співпадали з заявленим вузлом керування автономною електроенергетичною установкою - не виявлено. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого технічного рішення критерію "новизна". У патентній і технічній літературі не - знайдено технічних рішень, що відрізняють заявлений вузол керування автономною електроенергетичною установкою від прототипу і забезпечують досягнення технічного результату: він укомплектований додатково резисторами, транзисторами, стабілітроном, конденсатором, які з'єднані у фазну систему наступним чином: паралельно до напівпровідникового приладу з потенційними керуванням (тиристора) під'єднано послідовно увімкнені перший діод, перший резистор (змінний), четвертий резистор і конденсатор, паралельно до якого увімкнені перший і другий транзистори і п'ятий резистор, паралельно до ланки тиристор-перший діод-перший резистор увімкнено стабілітрон, паралельно до стабілітрона - подільник напруги, що складається з третього резистора і резистора бази другого транзистора, а електрод між третім резистором і резистором бази під'єднаний до колектора другого транзистора і бази першого транзистора, а його емітер під'єднаний до точки з'єднання четвертого резистора і конденсатора, причому керуючий електрод тиристора, з'єднаний з точкою з'єднання емітера другого транзистора і п'ятого резистора. Асинхронний двигун увімкнений на фазні напруги через напівпровідниковий прилад з потенційним керуванням (тиристор), який під'єднаний до фазної системи, з'єднаної з формувачем імпульсів керування. Заявлена корисна модель дозволяє усунути вказані недоліки, простіша від прототипу, пристосована для роботи з асинхронним двигуном для приводу технологічних машин, не потребує додаткових акумулятора і генератора. Таким чином, дане технічне рішення є новим, промислово придатним, тобто відповідає всім умовам патентоспроможності корисної моделі, відповідно до статті 7 розділу II Закону України "Про охорону прав на винаходи і корисні моделі" № І771-ІІІ. Вузол керування автономною електроенергетичною установкою (асинхронним двигуном) зображено: на фіг. 1 - структурна схема вузла керування автономною електроенергетичною установкою; фіг. 2 - фазна система (ФС) забезпечення формування керуючих імпульсів; фіг. 3 - діаграма формування фазних напруг, де ФС фазна система; UA, UB, UC фазні напруги фаз А, В, С; Т напівпровідниковий прилад з потенційним керуванням (тиристор); ФІК формувач імпульсів керування; ЛД асинхронний двигун; Д| напівпровідниковий діод; R1, R2, R3, R4, R5 резистори регулювання падіння напруги кола; Т 1, Т2 перший і другий транзистори; R6 резистор бази другого транзистора Т2; С1 конденсатор; Д2 стабілітрон. На фіг. 1 показано з'єднання фазних напруг UA, UB, UC з асинхронним двигуном ЛД через напівпровідникові прилади з потенційним керуванням Т, які через фазні системи ФС отримують сигнали від формувача імпульсів керування ФІК. На фіг. 2 показана фазна система з'єднана наступним чином: паралельно до напівпровідникового приладу з потенційним керуванням (тиристора) Т під'єднано послідовно увімкнені перший діод Д1 перший резистор R2 (змінний), четвертий резистор R4 і конденсатор С1, паралельно увімкнені перший і другий транзистори T1, і Т2 (через емітер-колектор Т1 і базуемітер Т2) і резистор R5. Паралельно до ланки тиристор-перший діод Д1-перший резистор R1 2 UA 78683 U 5 10 15 20 25 30 35 40 увімкнено стабілітрон Д2, а паралельно до стабілітрона Д2 увімкнено подільник напруги, що складається з третього резистора R3 і резистора бази R6 другого транзистора Т2, а електрод між третім резистором R3, і резистором бази R6 під'єднаний до колектора другого транзистора Т 2 і бази першого транзистора Т 1, а його емітер під'єднаний до точки з'єднання четвертого резистора R4 і конденсатора С1, причому керуючий електрод тиристора Т з'єднаний з точкою з'єднання емітера другого транзистора Т2 і п'ятого резистора. Па фіг. 3 наведено діаграму формування фазної напруги двигуна залежно від ділянок провідного етапу напівпровідникового приладу з потенційним керуванням (наприклад тиристор). На діаграмі відносно фазних напруг UA, UB, UC позначені ділянки провідності пристроїв у всіх фазах. Кожна ділянка провідності іТ1, іТ2 починається з зсувом на кут  відносно нуля відповідної фазної напруги в додатній напівперіод і на кут ( + ) у від'ємний напівперіод. Закінчується ділянка провідності інтервалом  < . Сигнали від керуючого пристрою ідуть з частотою напруги живлення і забезпечують надійне включення тиристора кожен раз після проходження струму через нульове значення. При  =  струм у навантаженні проходить через нуль і амплітуда напруги керування стає достатньою для відкривання напівпровідникового приладу з потенційним керуванням. Пристрій працює наступним чином. Фазна напруга UA прикладена до напівпровідникового приладу з потенційним керуванням Т і після стабілітрона Д2 утворюються імпульси прямокутної форми, які через резистори R2 і R4 подаються на конденсатор С1. Конденсатор заряджається до напруги, яка дорівнює падінню напруги на емітер-колекторному переході транзистора Т 1. При цьому потенціал на базі транзистора Т 2 змінює свій знак і на резисторі R? формується керуючий імпульс. Від формувача імпульсів керування ФІК сигнал або потенціал йде на фазну систему ФС, потенціал від фазної системи ФС переводить напівпровідниковий пристрій (наприклад тиристор) у провідниковий стан (ділянки іТ1, іТ2 …) і фазна напруга подається на асинхронний двигун АД. Це пояснюється тим, що постійна часу заряду конденсатора С1, а значить і фаза імпульсу змінюється формувачем імпульсів керування Ф1К, виходи якого під'єднані паралельно резистором R2 відповідних фазових систем. Фазова система формування імпульсів під'єднана безпосередньо на фазну напругу напівпровідникового приладу з потенційним керуванням і не вимагає спеціального фазування відносно напруги силового кола. Вона дозволяє отримати імпульси з крутим переднім фронтом і кутом регулювання від 0 до 180 градусів, імпульси показано на нижньому графіку фіг. 3. Величина і форма імпульсу не залежить від величини і форми напруги і струму з напівпровідникового приладу з потенційним керуванням, у статорному колі не міститься постійної складової і парних гармонік. Асинхронний двигун представляє собою активно-індуктивне навантаження, фазовий кут якого залежить від ковзання і змінюється в широкому діапазоні. У цьому випадку пристрій керування повинен формувати імпульс певної величини і ширини, який забезпечує включення напівпровідникового приладу з потенційним керуванням в зоні можливих значень кута α, який визначається величинами фазового кута. Таким чином запропонована корисна модель відносно проста, пристосована для роботи з асинхронним двигуном для приводу технологічних машин, не потребує додаткових акумулятора і генератора. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Вузол керування автономною електроенергетичною установкою (асинхронним двигуном), який містить формувач імпульсів керування, напівпровідникові прилади з потенційним керуванням, напівпровідникові діоди, який відрізняється тим, що він укомплектований додатково резисторами, транзисторами, стабілітроном, конденсатором, які з'єднані у фазну систему наступним чином: паралельно до напівпровідникового приладу з потенційним керуванням (тиристора) під'єднано послідовно увімкнені перший діод, перший резистор, другий резистор (змінний), четвертий резистор і конденсатор, паралельно до якого увімкнені перший і другий транзистори і п'ятий резистор, паралельно до ланки тиристор перший діод перший резистор увімкнено стабілітрон, паралельно до стабілітрона - подільник напруги, що складається з третього резистора і резистора бази другого транзистора, а електрод між третім резистором і резистором бази під'єднаний до колектора другого транзистора і бази першого транзистора, а його емітер під'єднаний до точки з'єднання четвертого резистора і конденсатора, причому керуючий електрод тиристора з'єднаний з точкою з'єднання емітера другого транзистора і п'ятого резистора. 3 UA 78683 U 2. Вузол керування автономною електроенергетичною установкою (асинхронним двигуном) за п. 1, який відрізняється тим, що асинхронний двигун увімкнений на фазні напруги через напівпровідниковий прилад з потенційним керуванням (тиристор), який під'єднаний до фазної системи, з'єднаної з формувачем імпульсів керування. 4 UA 78683 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5