УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2017 года по МПК H02P25/02 H02P27/04 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно регулируемых электроприводах (ЧРЭП) в промышленности, бытовой технике и электротранспорте для регулирования числа оборотов асинхронных (однофазных, трехфазных) электродвигателей.

Из уровня техники известны устройства для управления электродвигателем, например патент РФ на ПМ №35929 « Устройство управления электродвигателем», МПК H02P5/00, опубл.10.02.2004, который содержит задающий потенциометр, подключенный к источнику питания, диод, четыре резистора и три транзистора, коллектор первого из которых подключен к источнику питания, а эмиттер – к первому резистору, эмиттер второго транзистора соединен со вторым резистором, дополнительно имеется второй задающий потенциометр, два широтно-импульсных модулятора, два стабилитрона и пятый резистор, подключенный между эмиттером первого силового транзистора и коллектором второго силового транзистора. Недостатком известного устройства является сложность его изготовления, комплектации и использования.

Известно также «Устройство пуска асинхронного электродвигателя с фазным ротором», по патенту на ПМ №55299, МПК H02P5/00, опубл. 27.07.2006, в котором имеется роторная цепь асинхронного электродвигателя с фазным ротором и трехфазным индукционным пусковым реостатом в роторной цепи устройства, содержащего соединенные между собой блок обратной связи, узлы выделения положительной полуволны напряжения на кольцах ротора, формирователи пилообразных напряжений, формирователи управляющих импульсов, источник питания, блок задания напряжений, блок разрешения работы, блок интегрирования и блок тиристоров. Недостатком известного устройства является ограниченность его применения, например, в бытовой технике, на электротранспорте, из-за сложности схемы управления частотой вращения электродвигателя, а также сложность изготовления и комплектования.

Наиболее близким по технической сущности является техническое решение по патенту РФ №2257663 МПК H02P5/40, опубл.27.12.2004. «Устройство управления асинхронным электродвигателем». В устройстве управления асинхронным электродвигателем, содержащем силовые ключи с драйвером управления, системный контроллер, конденсатор со схемой включения, тахогенератор, системный контроллер первой управляющей шиной соединен с входом включения конденсатора, второй, третьей, четвертой и седьмой управляющими шинами - с входами драйвера, восьмой управляющей шиной - с управляющим входом вентилятора. Входами системного контроллера являются входная шина управления и входы разовых команд, шины обратных связей по току, по частоте вращения и температуре, а входом/выходом - шина последовательного интерфейса. Пятая и шестая шины управления драйвера соединены с затворами силовых ключей 3-фазного моста, который шиной обратной связи по току соединен с системным контроллером и драйвером, а шиной обратной связи по температуре - с входом системного контроллера. Недостатком известного устройства также является сложность его изготовления, комплектации и использования.

Задача, поставленная перед изобретением, – создание устройства, простого в изготовлении и использовании, надежного в эксплуатации, позволяющего плавно регулировать частоту вращения электродвигателя. Задача решается за счет снабжения устройства маломощным электромотором постоянного тока с установленным на его роторе постоянным магнитом, а также за счет размещения вокруг ротора этого электромотора сдвоенных датчиков Холла, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, с возможностью срабатывания от воздействия магнита. Технический результат заключается в возможности плавного регулирования скорости вращения асинхронного электродвигателя от минимальных оборотов до максимально возможных, при высоком КПД устройства. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что для регулирования частоты вращения 3-х фазного асинхронного электродвигателя используется маломощный электромотор постоянного тока, на верхней части ротора которого жестко закреплен постоянный магнит, а вокруг ротора, радиально, закреплены на плате сдвоенные датчики Холла, размещенные на равном расстоянии друг от друга, составляющем 120°. Сдвоенный датчик Холла представляет собой пару датчиков Холла, установленных друг над другом и развернутых на 180° относительно друг друга. Каждый из сдвоенных датчиков работает со своей группой полевых транзисторов. При включении электромотора постоянного тока магнитные полюса постоянного магнита попеременно воздействуют на каждый датчик Холла из пары, открывая его одним магнитным полюсом и закрывая другим, при этом развернутые на 180° градусов датчики каждой пары открываются и закрываются противоположными полюсами. При прохождении нейтральной зоны (зона постоянного магнита, находящаяся между полюсами, где нет никакого магнитного поля) оба датчика закрыты, открывающего сигнала не поступает, силовые транзисторы закрыты, что предотвращает короткое замыкание в цепи в моменты переключения схемы.

Сущность изобретения иллюстрируется графическими материалами:

На фиг.1 изображен маломощный электромотор постоянного тока с установленным на его роторе магнитом, сдвоенные датчики Холла, силовые ключи и трехфазный асинхронный электродвигатель.

На фиг.2 изображена мостовая схема силового ключа и его взаимодействие со сдвоенным датчиком Холла.

Устройство для регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя содержит асинхронный трехфазный электродвигатель 1, трехфазную мостовую схему силовых ключей 2, 3, 4, маломощный (1 ватт) электромотор постоянного тока 5, сдвоенные датчики Холла 6, 7, 8, и постоянный магнит 9, жестко закрепленный на роторе электромотора 5, конструкция сдвоенных датчиков Холла представляет собой два датчика Холла ss41, расположенных друг над другом и развернутых на 180 градусов относительно друг друга, что обеспечивает их поочередное срабатывание под воздействием на них магнитного поля. Устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя работает следующим образом. Включается питание на электромотор постоянного тока 5, на роторе которого жестко закреплен постоянный магнит 9 (фиг.1). Вращаясь, магнит воздействует своими полюсами на сдвоенные датчики Холла, а так как датчики направлены к магниту противоположными сторонами, то они открываются и закрываются разными полюсами. Когда верхний датчик сдвоенного датчика 8 закрыт, а нижний датчик открыт, - с управляющего электрода нижнего датчика по управляющей шине сигнал поступает на затвор транзистора Т3 (фиг.2), транзистор открывается и на его стоке появляется напряжение, подаваемое на исток, - 60 В. Со стока транзистора Т3 напряжение подается на один из выводов обмотки L1 асинхронного электродвигателя и по цепи R4 - R2 на затвор транзистора Т2, транзистор Т2 открывается, электрическая цепь замыкается и ток течет по цепи: транзистор Т3 - обмотка асинхронного электродвигателя L 1 - транзистор Т2. Когда меняется магнитное поле, открывается верхний датчик Холла 8, а нижний закрывается. С управляющего электрода верхнего датчика Холла по шине управления сигнал поступает на затвор транзистора Т4. Транзистор Т4 открывается (транзисторы Т3 и Т2 уже закрыты) и напряжение с его стока поступает на обмотку асинхронного электромотора L1 и по цепи R3 - R1 на затвор транзистора Т1. Транзистор Т1 открывается, цепь замыкается и ток идет в обратном направлении: Т4 - обмотка L1 - Т1. Так формируется переменный ток в силовых ключах, обозначенных цифрами 2, 3, 4 (фиг.1). При прохождении нейтральной зоны (зона постоянного магнита, находящаяся между полюсами, где нет никакого магнитного поля) оба датчика Холла закрыты, открывающего сигнала не поступает, силовые транзисторы Т3 и Т4 закрыты, что предотвращает короткое замыкание в цепи Т1-Т3 и Т2-Т4 в моменты переключения схемы. Силовые ключи, обозначенные 3 и 4, работают аналогично ключу 2, но со смещением на 120° (фазы 3-фазной электросети, к которым подключают 3-фазный асинхронный электромотор, смещены на 120°) (фиг.2). Частота создаваемого переменного тока напрямую зависит от частоты срабатывания сдвоенных датчиков Холла 6, 7, 8, что, в свою очередь, зависит от скорости вращения ротора электромотора постоянного тока 5. Обороты электромотора постоянного тока 5 регулируются с помощью переменного резистора R.

Таким образом, происходит плавное регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя, напряжение используется с минимальными потерями, т.е. с высоким КПД. Устройство просто в изготовлении, удобно и надежно в использовании, а также имеет возможность применения в любой как бытовой, так и более сложной технике, например в электротранспорте.

Таким образом, задача, стоящая перед изобретением, решена.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в частотно регулируемых электроприводах (ЧРЭП) в промышленности, бытовой технике и электротранспорте для регулирования числа оборотов асинхронных (однофазных, трехфазных) электродвигателей. Техническим результатом является обеспечение плавного регулирования скорости вращения асинхронного двигателя от минимальных оборотов до максимально возможных оборотов с высоким КПД устройства. Устройство содержит асинхронный электродвигатель (1) с мостовой схемой силовых ключей (2,3,4), маломощный (1 ват) электромотор постоянного тока (5), на роторе которого жестко закреплен постоянный магнит (9). Вокруг электромотора постоянного тока (5) радиально на равном удалении друг от друга (по окружности через 120 градусов) размещены на плате сдвоенные датчики Холла (6, 7, 8). Сдвоенный датчик Холла представляет собой два датчика Холла, расположенных один над другим. Датчики Холла в каждой паре развернуты один относительно другого на 180°. Датчики одновременно попадают под действие магнитного поля и, будучи направленными к магнитному полю разными сторонами, срабатывают по очереди: при изменении магнитного поля изменяется состояние датчиков Холла с открытого на закрытое и наоборот. Датчики Холла управляют ключами трехфазной мостовой схемы (2, 3, 4) через шину управления. Ключи (2, 3, 4) формируют трехфазный переменный ток, который через силовую шину подается на обмотки (L1, L2, L3) трехфазного асинхронного электродвигателя (1). Переменный резистор R в цепи питания электромотора постоянного тока (5) служит для плавной регулировки оборотов электромотора (5), что приводит к изменению частоты переменного тока и, следовательно, к изменению скорости вращения асинхронного электродвигателя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство регулирования частоты вращения асинхронного электродвигателя, содержащее цепь трехфазного электродвигателя с мостовой схемой силовых ключей, блок управления силовыми ключами, резистор и источник питания, отличающееся тем, что в схему устройства встроен маломощный электромотор постоянного тока, на котором жестко закреплен постоянный магнит, а вокруг электромотора радиально размещены сдвоенные датчики Холла, расположенные на равном расстоянии друг от друга, причем в каждой паре датчики установлены один над другим с разворотом на 180° относительно друг друга и электрически связаны с силовыми ключами, а электромотор постоянного тока связан через резистор с источником питания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мощность электромотора постоянного тока не превышает 1 Вт.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между спаренными датчиками Холла равно 120°.