Резонансный преобразователь энергии

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(72) Автор Вашинко Дмитрий Дмитриевич(57) 1. Резонансный преобразователь энергии, содержащий энергетический блок, включающий несколько индуктивно-емкостных колебательных контуров настроенных в резонанс, по меньшей мере, один из которых выполнен закрытым и функционально связан с обмоткой электрической машины, отличающийся тем, что индуктивно-емкостные цепочки закрытых контуров включены звездой, при этом в центральную точку звезды объединены свободные концы емкостей, а точка их соединения замкнута на собственный переменный потенциал относительно бесконечностис возможностью создания резонанса тока в обмотке нагрузки электрической машины. 2. Резонансный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что частью индуктивноемкостной цепочки индуктивной нагрузки электрической машины выступает, например,обмотка асинхронного двигателя или подобная индуктивность иной трехфазной электрической машины. 3. Резонансный преобразователь энергии по п. 2, отличающийся тем, что асинхронный двигатель соединен по схеме мотор-генератор, одна из обмоток которого зашунтирована конденсатором, и использован как вращающийся трансформатор для преобразования однофазного напряжения в трехфазное путем расщепления фазы тока под действием магнитного потока заданной формы и преобразования однофазного напряжения в трехфазное.(56) 1.2054788, 1996. 2. Мазеть С.Г. Давайте сэкономим электроэнергию // Изобретатель. -4 (16). - 2001. С. 5 (прототип). 3. Будущее открывается квантовым ключом Сб. статей академика Р.Ф. Авраменко. М. Химия, 2000. - С. 133, 134. 60832010.04.30 Полезная модель относится к области энергетики и предназначено для использования в различных отраслях промышленности для электроснабжения электротехнических устройств, в частности станочного и сварочного оборудования, систем освещения, электроприводов водозаборных скважин, карьерных экскаваторов, стройплощадок и т.п. объектов. Известен асинхронный трехфазный электропривод с питанием от однофазной сети 1. Электропривод содержит асинхронный двигатель с тремя фазными обмотками, сдвинутыми друг относительно друга на электрический угол 120 и в режиме пуска включены по схеме открытый треугольник. Первая обмотка связана через коммутационный аппарат с клеммами для подключения питающей однофазной сети. Конец второй обмотки подключен к началу первой обмотки, конец которой подсоединен к началу третьей обмотки. Фазосдвигающий конденсатор с замыкающим контактом, который подключен между началом второй и концом первой обмоток. Привод содержит размыкающий контакт и электронный фазосдвигающий блок, при этом размыкающий контакт включен между началом второй и концом третьей обмоток двигателя. Электронный фазосдвигающий блок вместе с последовательно включенным с ним замыкающим контактом подключены между началом первой и концом третьей обмоток двигателя. Недостатком технического решения является применение в схеме электронного фазосдвигающего блока в виде тиристорного ключа с естественной коммутацией, что ограничивает мощность применяемых двигателей при питании их от однофазной сети. Наиболее близок к предлагаемой полезной модели энергосберегающий узел для подключения асинхронных двигателей и установок с электроприводом, имеющих длительный цикл работы, который и выбран в качестве прототипа 2. Узел содержит энергетический блок, который устанавливают непосредственно перед электрической машиной, например двигателем, и вводят в электрическую схему станка. Энергетический блок включает несколько индуктивно-емкостных колебательных контуров настроенных в резонанс или околорезонансный режим. Первый индуктивно-емкостной контур выполнен закрытым и уменьшает влияние энергоблока на работу электрической схемы станка (установки). Последний колебательный контур выполнен открытым и представляет собой часть электродвигателя, т.е. его индуктивностью является непосредственно обмотка электрической машины. Количество колебательных контуров зависит от требуемой цели. Предлагаемая конструкция позволяет снижать потребляемую двигателем электроэнергию на 20-45 без потери его мощности. Недостатком известной конструкции энергосберегающего узла является сложность настройки в резонансный режим при изменяющейся внешней нагрузке на электропривод,что приводит к перегреву электродвигателей и снижению эффективности устройства в целом. Задачей полезной модели является снижение расхода электроэнергии при питании электрооборудованием с низким . Технический результат заключается в повышении эффективности использования энергии за счет снижения потерь на генерацию реактивной мощности в двухфазных электрических сетях. Поставленная задача решена тем, что резонансный преобразователь энергии, содержащий энергетический блок, включающий несколько индуктивно-емкостных колебательных контуров настроенных в резонанс, по меньшей мере, один из которых выполнен закрытым и функционально связан с обмоткой электрической машины, согласно полезной модели, индуктивно-емкостные цепочки закрытых контуров включены звездой, при этом в центральную точку звезды объединены свободные концы емкостей, а точка их соединения замкнута на собственный переменный потенциал относительно бесконечностис возможностью создания резонанса тока в обмотке нагрузки электрической машины. Частью индуктивно-емкостной цепочки индуктивной нагрузки электрической машины выступает, например, обмотка асинхронного двигателя или подобная индуктивность иной трехфазной электрической машины. 2 60832010.04.30 Асинхронный двигатель соединен по схеме мотор-генератор, одна из обмоток которого зашунтирована конденсатором, и использован как вращающийся трансформатор для преобразования однофазного напряжения в трехфазное путем расщепления фазы тока под действием магнитного потока заданной формы и преобразования однофазного напряжения в трехфазное. Сущность полезной модели поясняется чертежами на фиг. 1, 2. На фиг. 1 представлена принципиальная блок-схема резонансного преобразователя. На фиг. 2 - схема соединения индуктивно-емкостных цепочек в звезду. Преобразователь содержит блок управления 1, функционально связанный с резонатором 2 фазометром 5, коммутатор 3, электрически связанный с нагрузкой Н (на чертеже не показано), вращающийся трансформатор 4, подключаемый к однофазной сети. Резонатор 2 (фиг. 2) включает группу, по меньшей мере, из трех отдельных индуктивно-емкостных цепочек 6, 7, 8, каждая из которых состоит из закрытого (1 - 2)1 контура и связанного с ним открытого 11 контура. Резонансный преобразователь энергии работает следующим образом. Преобразователь собирают в соответствии с принципиальной блок-схемой и устанавливают на объекте электропитания удаленных потребителей, например подъемных механизмах с асинхронными электрическими двигателями (на чертеже не показано). При этом индуктивноемкостные цепочки 6, 7, 8 резонатора 2 подсоединяют к фазным выводами нагрузки Н по схеме начало (Н) катушки индуктивности 1 соединяют с концом катушки индуктивности 2, а их общий вывод с началом индуктивных обмоток фазных выводов (фаза 1, 2, 3) нагрузки Н между концом (К) катушки индуктивности 1 и началом катушки индуктивности 2, подсоединяют емкость 1 с образованием закрытого (1 - 2)1 контура и электрически связанного с ним открытого 11 контура точки соединения емкости 1 с началом катушки индуктивности 2 закрытых контуров индуктивно-емкостных цепочек 6, 7, 8 соединяют по схеме звезда в одну центральную точку 0, при этом точку соединения 0 выводов емкостей С 1 закрытых (1 - 2)1 контуров оставляют свободно-замкнутой на собственный переменный потенциал относительно бесконечности . Далее вращающийся трансформатор 4 преобразователя, в качестве которого использован асинхронный двигатель, соединенный по схеме мотор-генератор, одна из обмоток которого зашунтирована конденсатором (на чертеже не показано), подключают к выводам 0 иоднофазной сети переменного тока и после выхода его на номинальную скорость вращения преобразуют однофазное напряжение в трехфазное путем расщепления фазы тока под действием магнитного потока заданной формы. Коммутатором 4 выбирают рабочую шкалу напряжений 127/220/380 В, соединяют с нагрузкой и включают резонатор 2, который выводит систему преобразователь - нагрузка на резонансный режим. Блоком управления 1 контролируют посредством фазометра 5 режим работы резонатора 2. Резонансный режим обеспечивают в процессе настройки преобразователя текущими параметрами добротности контуров 11 и (1 - 2)1. Вследствие того, что центральная точка 0 выводов емкостей С 1 закрытых (1 - 2)1 контуров свободно-замкнута на собственный переменный потенциал относительно бесконечности , к контурам 11 фактически подключается дополнительная емкость на бесконечность С, благодаря чему осуществляется автоматическая подстройка резонансного режима рабочей системы при изменении режима работы нагрузки. При этом реализуется параллельный резонанс токов, при котором токи замыкаются в параллельном (1 - 2)1 контуре и могут в десятки раз превышать ток в подводящих проводах, а сдвиг фаз между током и напряжением в цепи нагрузки равен нулю и цепь имеет только активное сопротивление, таким образом осуществляется компенсация потерь на реактивном сопротивлении цепи и преобразование энергии в активную мощность. Контроль работы преобразователя осуществляют путем обмена текущей информацией между блоком управления 1 и резонатором 2. В отличие от прототипа выполнение закрытых (1 - 2)1 свободно замкнутыми на собственный переменный потенциал относительно бесконечности , при выбранной 3 60832010.04.30 схеме подключения, равноценно введению в схему дополнительной емкости на бесконечность С, что обеспечивает эффективное преобразование энергии, связанной с реактивной мощностью, и удержание резонансного режима при временных перегрузках в сети. Реализация эффекта преобразования энергии является следствием появления дополнительной разности потенциалов на концах разомкнутого провода (нулевая 0 точка со свободными концами емкости 1), охватывающего соленоид (индуктивность 1), которая определяется разной плотностью электронов на свободных концах провода, при этом поле Е не является вихревым индукционным, а представляет собой поле, созданное реальными зарядами на концах провода 3. Опытно-промышленные испытания показали высокую эффективность нового технического решения, так существенно снижается потребление тока системой, оснащенной резонансным преобразователем энергии, а ток холостого хода не превышает 0,1 А. В таблице приведены сравнительные результаты испытаний преобразователя. Величина снижения тока Величина снижения тепсо системы со системы без резонансного с резонансным и полной мощности систе- ловых потерь системы преобразователя преобразователем мы с преобразователем,с преобразователем,0,5 0,9 44 69 0,5 1,0 50 75 0,6 0,9 33 55 0,6 1,0 40 64 0,7 0,9 22 39 0,7 1,0 30 51 0,8 1,0 20 36 Разработаны преобразователи для потребителей с индуктивной нагрузкой и низким коэффициентом полезного действия модельного ряда от 1 до 15 кВт, которые весьма эффективно используются в условиях эксплуатации систем с асинхронными двигателями в режиме недогрузки - в подъемных механизмах, электроприводов водозаборных скважин и т.д., характеризующихся, как правило, низким коэффициентом полезного действия, при этомсистемы повышается до единицы. Резонансный преобразователь позволяет существенно сгладить скачки напряжения в сети питания удаленных потребителей при работе сварочных аппаратов на стройплощадках и других подобных объектах. Фиг. 2 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4