УСТРОЙСТВО ОСЛАБЛЕНИЯ ГАРМОНИЧЕСКОГО ТОКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2001 года по МПК H02P5/40 H02M1/12 

Предпосылки создания изобретения
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для ослабления гармонического тока в электродвигателе и, более конкретно, к устройству для ослабления гармонического тока в электродвигателе, которое способно ослаблять гармонический ток, генерируемый при приводе электродвигателя пылесоса.

Предшествующий уровень
Типичная цепь привода электродвигателя пылесоса показана на фиг. 1. Как показано на фиг. 1, электродвигатель 30 приводится переменным током коммерческой частоты, подаваемым источником питания 10, при этом находящийся внутри воздух принудительно циркулирует под воздействием крыльчатки, приводимой во вращение в результате взаимодействия с электродвигателем, и грязь, например пыль, засасывается внутрь через всасывающее отверстие потоком воздуха, генерируемым в результате перепада давления между внутренней полостью пылесоса и внешним пространством.

На фиг. 2 показаны формы напряжения V и тока I, подаваемых на электродвигатель 30.

В то же время происходит генерирование гармонического тока, поскольку синусоидальное напряжение, подаваемое от источника питания 10, является фазоуправляемым и изменяется симметричным триодным тиристором 40, который переключается под управлением селекторного сигнала, до подаваемого на электродвигатель 30 несинусоидального напряжения.

При все большем распространении подобного рода изделий растет общая величина гармонического тока, отбираемого из системы питания, что приводит к неисправностям силового конденсатора и тормоза и к поломке трансформатора.

Для того, чтобы предотвратить указанные выше неисправности, вызываемые гармоническим током, Международная электротехническая комиссия (МЭК) установила стандарт на ограничение гармонического тока. Согласно этому стандарту среди различных гармонических токов, генерируемых в пылесосе при управлении при фазе 90^o, значение имеет ток 3-й гармоники.

Поэтому были проведены исследования способов ослабления тока 3-й гармоники в различных технических областях, относящихся к пылесосам.

Краткое описание изобретения
Соответственно, настоящее изобретение направлено на создание устройства ослабления гармонического тока электродвигателя, которое по существу устраняет одну или более из проблем, вызываемых ограничениями и недостатками предшествующих устройств.

Технической задачей настоящего изобретения является создание устройства ослабления гармонического тока электродвигателя, способного эффективно ослаблять гармонический ток, генерируемый двигателем.

Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения приведены в нижеследующем описании и частично будут очевидны из этого описания или из практики применения настоящего изобретения. Цели и другие преимущества настоящего изобретения реализуются и достигаются с помощью структуры, приведенной в описании и формуле изобретения, а также на приложенных чертежах.

Для достижения этих и других преимуществ и в соответствии с целью настоящего изобретения, описанного в общем виде, устройство для ослабления гармонического тока, генерируемого электродвигателем, для управления частотой вращения путем изменения синусоидального напряжения в несинусоидальное напряжение за счет фазового управления синусоидального напряжения содержит реактор, имеющий E-образный сердечник, обмотку E-образного сердечника и I-образный сердечник.

Следует отметить, что вышеприведенное общее описание и нижеследующее подробное описание являются примерными и носят поясняющий характер и предназначены для пояснения изобретения, определяемого формулой.

Краткое описание прилагаемых чертежей
На прилагаемых чертежах, предназначенных для лучшего понимания настоящего изобретения и являющихся составной частью настоящего описания, проиллюстрированы варианты воплощения настоящего изобретения, и совместно с описанием чертежи предназначены для пояснения принципов настоящего изобретения.

Фиг. 1 - схема цепи привода электродвигателя в пылесосе общего назначения по предшествующему уровню техники;
фиг. 2 и 3 - схемы, поясняющие возникновение гармонического тока при работе электродвигателя по предшествующему уровню техники;
фиг. 4 - схема цепи привода электродвигателя с реактором для ослабления гармонического тока по предпочтительному варианту настоящего изобретения;
фиг. 5 - схема конфигурации реактора по фиг. 4;
фиг. 6 и 7 - схемы, поясняющие возникновение гармонического тока в электродвигателе, оснащенном реактором;
фиг. 8 - схема, иллюстрирующая [-образную серьгу, вставленную в устройство для ослабления гармонического тока электродвигателя по настоящему изобретению и
фиг. 9 и 10 - схемы, показывающие гармонический ток, ослабленный устройством ослабления гармонического тока электродвигателя по настоящему изобретению.

Ниже следует подробное описание предпочтительных вариантов настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 4 показана цепь привода электродвигателя с реактором для ослабления гармонического тока по предпочтительному варианту настоящего изобретения. По сравнению с известной схемой привода электродвигателя цепь привода электродвигателя по настоящему изобретению содержит реактор 20 для ослабления гармонического тока.

На фиг. 4 реактор 20 служит для ослабления тока 3-й гармоники путем задержки по фазе синусоидального напряжения, подаваемого от блока 10 источника питания, и содержит E-образный сердечник 22, обмотку 24, намотанную на E-образный сердечник 22, и I-образный сердечник 26, как показано на фиг. 5.

Реактор 20 ограничивает потребляемую мощность электродвигателя 30 до заранее определенного предела в 1290-1422 Вт (предпочтительно до 1320 Вт). E-образный сердечник и I-образный сердечник имеют заранее определенные размеры (57,5≈58,5)х(47,5≈48,5) (предпочтительно, 57х48) и выполнены из сплава G11A, а воздушный зазор (см. письмо от Dec/O, 98) между E-образным сердечником и I-образным сердечником имеет заранее определенную величину 0,9-1,1 мм (предпочтительно, 1,0 мм).

Кроме того, индуктивность обмотки 24, намотанной на E-образный сердечник 22, имеет заранее определенную величину 9,5-10,5 мГн (предпочтительно, 10 мГн), диаметр провода обмотки имеет заранее определенную величину 0,9-1,1 ф (предпочтительно, 1,0 ф), а ее сопротивление R имеет заранее определенную величину 0,34-0,35 Ом (предпочтительно, 0,34 Ом), число витков обмотки 24 имеет заранее определенный диапазон 140-210.

В устройстве для ослабления гармонического тока с реактором 20, имеющим вышеописанную конфигурацию, питание переменного тока подается от блока 10 источника питания на электродвигатель 30 через реактор 20, при этом внутренний воздух принудительно циркулирует под воздействием крыльчатки, вращающейся в результате взаимодействия с электродвигателем 30, а грязь, например пыль и пр., засасывается внутрь через всасывающее отверстие потоком воздуха, возникающим в результате перепада давления между внутренней полостью пылесоса и внешним пространством.

Синусоидальное напряжение является фазоуправляемым посредством симметричного триодного тиристора 40, который переключается под воздействием селекторного сигнала, и изменяется до несинусоидального напряжения, после чего подается на электродвигатель 30. В этом случае ток 3-й гармоники ослабляется реактором 20, содержащим E-образный сердечник 22, обмотку 24 и I-образный сердечник.

Более подробно, номинальная мощность, подаваемая на электродвигатель 30 через реактор 20, изменяется и поэтому ток 3-й гармоники ослабляется. Данные испытаний, относящиеся к такому ослаблению, приведены в таблице 1.

Реактор 20 может изменять потребляемую электродвигателем мощность, изменяя номинальную мощность, подаваемую на электродвигатель 30, и если потребляемая электродвигателем мощность ограничена заранее определенным диапазоном 1290-1422 Вт (предпочтительно, до 1320 Вт), ток 3-й гармоники эффективно ослабляется.

Более подробно, когда потребляемая электродвигателем 30 мощность ограничивается до 1190 Вт (нижний стандартный предел) +100 Вт (уровень падения) ≈ 1320 Вт (верхний предел тока 3-й гармоники) +100 Вт (уровень падения) +20 Вт (запас электродвигателя), в частности до 1320 Вт, принимая во внимание падение на входе электродвигателя 30, это соответствует стандарту МЭК и эффективно ослабляет ток 3-й гармоники.

Кроме того, если размер E-образного сердечника 22 и I-образного сердечника 26, образующих реактор 20, соответствует заранее определенным пределам (57,5-58,5) х (47,5-48,5), предпочтительно 57х48, ток 3-й гармоники может ослабляться, и соответствующие данные приведены в таблице 2.

Размер реактора, состоящего из E-образного сердечника 22 и I-образного сердечника 26, может меняться, но когда размеры реактора заданы как L1xL2 ((57,5х58,5) х (47,5-48,5), предпочтительно 57х48), как показано в таблице 2, ток 3-й гармоники эффективно ослабляется.

Кроме того, поскольку E-образный сердечник 22 и I-образный сердечник 26, образующие реактор 20, выполнены из сплава G11A, ток 3-й гармоники может ослабляться, и данные об этом приведены в таблице 3.

Материал E-образного сердечника 22 и I-образного сердечника 26 может меняться, но когда эти сердечники выполнены из сплава G11A, ток 3-й гармоники эффективно ослабляется.

Кроме того, воздушный зазор (d) между E-образным сердечником 22 и I-образным сердечником 26 имеет заранее определенную величину 0,9-1,1 мм, предпочтительно 1,0 мм, ток 3-й гармоники ослабляется, и данные испытаний приведены в таблице 4.

Воздушный зазор (d) между E-образным сердечником 22 и I-образным сердечником 26 может меняться, но когда оно имеет заранее определенную величину 0,9-1,1 мм (предпочтительно 1,0 мм), ток 3-й гармоники эффективно ослабляется.

Далее, ток 3-й гармоники может эффективно ослабляться индуктивностью E-образного сердечника 22, имеющего заранее определенную величину 9,5-10,5 мГн, предпочтительно 10 мГн.

Кроме того, если диаметр провода обмотки, намотанной на E-образный сердечник 22, имеет заранее определенную величину 0,9-1,1 ф (предпочтительно, 1,0 ф), ток 3-й гармоники ослабляется. Данные испытаний приведены в таблице 5.

Диаметр провода обмотки 24, намотанной на E-образный сердечник 22, может меняться, но если диаметр провода обмотки 24 имеет заранее определенную величину 0,9-1,1 ф (предпочтительно, 1,0 ф), ток 3-й гармоники ослабляется.

Кроме того, если сопротивление R обмотки 24, намотанной на E-образный сердечник 22, имеет заранее определенную величину 0,34-0,35 Ом (предпочтительно, 0,34 Ом), ток 3-й гармоники эффективно ослабляется.

Кроме того, если число витков обмотки 24, намотанной на E-образный сердечник 22, имеет заранее определенную величину 140-210, ток 3-й гармоники ослабляется. Данные испытаний приведены в таблице 6.

Число витков обмотки 24, намотанной на E-образный сердечник 22, может меняться, но если число витков составляет 140-210, как показано в таблице 6, ток 3-й гармоники эффективно ослабляется.

Как описано выше, ток 3-й гармоники можно эффективно ослаблять, ограничивая номинальную мощность, подаваемую на электродвигатель 30, до заранее определенной величины (предпочтительно, 1320 Вт), задавая заранее определенные размеры E-образному сердечнику 22 и I-образному сердечнику 26 (предпочтительно, до 57х48), используя сплав G11A в качестве материала сердечников, устанавливая заранее определенный воздушный зазор между E-образным сердечником 22 и I-образным сердечником 26 (предпочтительно, 1,0 мм), задавая заранее определенную индуктивность обмотки, намотанной на E-образный сердечник 22 (предпочтительно, 10 мГн), задавая заранее определенный диаметр провода обмотки 24 (предпочтительно, 1,0 ф), задавая заранее определенное сопротивление R обмотки (предпочтительно, 0,34 Ом) и задавая число витков обмотки 24 в заранее определенном диапазоне 140-210.

На фиг. 6 показаны напряжение V и ток I на цепи привода электродвигателя, имеющей реактор 20, описанный выше, а на фиг. 7 показано ослабление тока 3-й гармоники по данным испытаний. Как показано на фиг. 6 и 7, ток 3-й гармоники, генерируемый при фазовом управлении синусоидального напряжения, эффективно ослабляется реактором 20, имеющим описанную выше конфигурацию.

На фиг. 8 показана [-образная серьга, вставленная в устройство ослабления гармонического тока электродвигателя по настоящему изобретению. По сравнению с фиг. 5 в устройстве для ослабления гармонического тока по другому предпочтительному варианту настоящего изобретения [-образная серьга 28 вставлена по окружности E-образного сердечника 22. Толщина Т [-образной серьги ограничена заранее определенным размером (предпочтительно, 0,5-2,5 мм), и она выполнена из твердой кремниевой пластины, и эта [-образная серьга 28 вставлена так, чтобы контактировать с окружностью E-образного сердечника 22.

Ниже следует подробное описание работы устройства ослабления гармонического тока электродвигателя по настоящему изобретению со ссылками на фиг. 8-10.

Во-первых, питание переменного тока подается от блока источника питания 10 на электродвигатель 30 через реактор 20 для привода электродвигателя 30. Находящийся внутри воздух принудительно циркулирует под воздействием крыльчатки, вращающейся в результате взаимодействия с электродвигателем 30 и грязь, например пыль, всасывается через всасывающее отверстие потоком воздуха, генерируемым за счет перепада давлений между внутренней полостью пылесоса и окружающей атмосферой.

Одновременно симметричный триодный тиристор 40, который переключается под управлением селекторного сигнала, управляет фазой синусоидального напряжения, изменяя его на несинусоидальное напряжение, и подает его на электродвигатель 30. В этом случае ток 3-й гармоники ослабляется на реакторе 20, содержащем E-образный сердечник 22, обмотку 24, намотанную на E-образный сердечник 22, и I-образный сердечник 26.

На фиг. 9 показаны напряжение V и ток I, подаваемые на электродвигатель 30 в состоянии, когда [-образная серьга вставлена на окружность E-образного сердечника 22, а на фиг. 10 показано ослабление тока 3-й гармоники в результате применения этого устройства.

Как видно из данных испытаний, приведенных на фиг. 9 и 10, устройство ослабления гармонического тока, в котором на окружности E-образного сердечника 22 установлена [-образная серьга, значительно в большей степени ослабляет ток 3-й гармоники по сравнению с устройством без такой серьги.

Как описано выше, настоящее изобретение может эффективно ослаблять ток 3-й гармоники, генерируемый при фазовом управлении синусоидальным напряжением в соответствии со стандартом МЭК, предотвращая неисправности системы электропитания и способствуя увеличению продаж промышленных товаров.

Специалистам очевидно, что в устройство по настоящему изобретению могут быть внесены различные модификации и изменения, не выходящие за рамки объема и духа настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения, которые подпадают под действие прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Устройство ослабления гармонического тока электродвигателя путем управления частотой вращения электродвигателя за счет изменения синусоидального напряжения до несинусоидального за счет фазового управления синусоидальным напряжением содержит реактор, имеющий E-образный сердечник, обмотку, намотанную на E-образный сердечник, и I-образный сердечник. Технический результат - повышение надежности. 9 з.п. ф-лы, 10 ил., 6 табл.

1. Устройство ослабления гармонического тока, генерируемого электродвигателем, содержащее реактор, через который питание переменного тока подается от источника питания на электродвигатель, отличающееся тем, что реактор имеет Е-образный сердечник и I-образный сердечник с воздушным зазором между ними, а так же [-образную серьгу, выполненную из твердой пластины кремния, которая надета на Е-образный сердечник и контактирует с его окружностью. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что [-образная серьга имеет толщину 0,5-2,5 мм. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что реактор ограничивает номинальную мощность, подаваемую на электродвигатель до величины 1290-1422 Вт. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что размеры Е-образного сердечника и I-образного сердечника составляют 57 х 48. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что Е-образный сердечник и I-образный сердечник выполнены из сплава Gl 1А. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что воздушный зазор между Е-образным сердечником и I-образным сердечником составляет 0,9-1,1 мм. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что индуктивность обмотки составляет 9,5-10,5 мГн. 8. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что диаметр провода обмотки равен 0,9-1,1 ф. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сопротивление обмотки равно 0,34-0,35 Ом. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что число витков обмотки равно 140-210.

Приоритет по пунктам:
25.08.1997 - по пп.1, 2;
19.12.1997 - по пп.3 - 10.