Пристрій для автоматичного керування електроспоживанням технологічної установки

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Пристрій для автоматичного керування електроспоживанням технологічної установки, що має асинхронний електродвигун вентилятора і канал для видування газового/повітряного потоку, всередині якого встановлений повітряний гвинт, оснащений пристроєм для автоматичного змінювання кута атаки лопатей, генератор, ротор якого механічно пов'язаний з повітряним гвинтом, мікроконтролер, комутатори, який відрізняється тим, що додатково містить інвертор, що входом підключений через перший комутатор до акумуляторної батареї, а виходом до живлячої мережі, перетворювач частоти, який має систему управління, випрямляч й інвертор, що підключений до статора асинхронного двигуна вентилятора, до фаз якого підключені входи датчика електрорухомої сили, акумуляторна батарея, яка оснащена датчиком напруги та підключеного до виводів акумуляторної батареї, яка з'єднана з виходом генератора, причому один її вивід підключений через другий комутатор до першого, а другий вивід - до другого входу інвертора, та випрямляч перетворювача частоти з'єднаний через третій комутатор з живлячою мережею, а входи мікроконтролера відповідно підключені до виходів датчиків напруги на акумуляторі та електрорухомої сили на статорних обмотках асинхронного електродвигуна, і його виходи - до входу системи управління перетворювачем частоти, управляючих входів комутаторів і керуючих входів інвертора.

Текст

Реферат: Пристрій для автоматичного керування електроспоживанням технологічної установки має асинхронний електродвигун вентилятора і канал для видування газового/повітряного потоку, всередині якого встановлений повітряний гвинт, оснащений пристроєм для автоматичного змінювання кута атаки лопатей, генератор, ротор якого механічно пов'язаний з повітряним гвинтом, мікроконтролер, комутатори. При цьому він додатково містить інвертор, що входом підключений через перший комутатор до акумуляторної батареї, а виходом до живлячої мережі, перетворювач частоти, який має систему управління, випрямляч й інвертор, що підключений до статора асинхронного двигуна вентилятора, до фаз якого підключені входи датчика електрорухомої сили, акумуляторна батарея, яка оснащена датчиком напруги та підключеного до виводів акумуляторної батареї, яка з'єднана з виходом генератора, причому один її вивід підключений через другий комутатор до першого, а другий вивід - до другого входу інвертора, та випрямляч перетворювача частоти з'єднаний через третій комутатор з живлячою мережею. UA 119021 U (12) UA 119021 U UA 119021 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до енергетичного будівництва, пов'язаного з виробництвом електричної енергії, за рахунок використання надлишкової енергії, і може бути використана для додаткового забезпечення електричною енергією різних технологічних установок, агрегатів та механізмів. Відомий пристрій для автоматичного керування електроспоживанням, який має первинні датчики витрати електроенергії, що підключені до блока прийому інформації, який відрізняється тим, що блок прийому інформації від первинних датчиків підключений до мікроконтролера, додатково введені блоки прийому інформації від лічильників технічного і комерційного обліку, виходи з яких підключені до мікроконтролера, а вихід з мікроконтролера підключений до блока керування споживачами регуляторами [Патент України № 62126, МПК H02J 13/00], або вітрова теплоелектростанція, що містить вітродвигун з вертикальним передавальним валом, на якому встановлений електрогенератор, а також індукційний теплогенератор, гідравлічну помпу, теплоакумулятор, акумуляторну батарею та два електронних регулятори, через один з яких акумуляторна батарея зв'язана з електрогенератором, а через другий - з електромагнітним індуктором індукційного теплогенератора, який розміщено на його статорі, ротор індукційного теплогенератора, що з'єднаний з вертикальним передавальним валом, виконаний феромагнітним та розташований в резервуарі з теплоносієм, на поверхню ротора, яка обернена до електромагнітного індуктора, нанесено шар немагнітного струмопровідного матеріалу, гідравлічна помпа встановлена між індукційним теплогенератором та теплоакумулятором [Патент України № 105743 С2, МПК F03D 9/02, Н05В 6/10]. Недоліком першого пристрою є те, що споживачі-регулятори весь час споживають із мережі електричну енергію, яка не економиться. В результаті цього, використання такого пристрою економічно не обґрунтовано. Вітрова теплоелектростанція з енергії вітру виробляє як електричну, так і теплову енергії, але енергетична ефективність використання вітрового потоку низька, що обумовлено його низькою кінетичною енергією при недостатньому рівні. Найбільш близьким є пристрій для автоматичного керування електроспоживанням, який має технологічну установку, що складається із каналу для газового/повітряного потоку, всередині якого встановлений повітряний гвинт, що оснащений пристроєм для автоматично змінювання кута атаки лопатей та генератор, ротор якого механічно пов'язаний з повітряним гвинтом, який відрізняється тим, що додатково введені мікроконтролер, комутатори, датчик тиску газового/повітряного потоку та перетворювач електродвигуна вентилятора, який входом і виходом підключений до блока управління технологічною установкою, і комутатори відповідно включені в кожну фазу мережі живлення й кожну фазу генератора, а в канал для газового/повітряного потоку встановлений датчик тиску газового/повітряного потоку, вихід якого підключений до першого входу мікроконтролера, другий вхід останнього з'єднаний з виходом блока управління технологічною установкою, а перший вихід мікроконтролера - з входом блока управління технологічною установкою, причому третій, четвертий та п'ятий входи мікроконтролера підключені до відповідних трьох фаз виходу генератора, а кожний управляючий вхід трьох комутаторів мережі живлення підключені до перших трьох інверсних виходів мікроконтролера, а інші три управляючих входи комутаторів генератора під'єднані до трьох прямих виходів мікроконтролера та трьох фаз генератора, а виходи кожної фази комутаторів мережі живлення та генератора відповідно з'єднані одна з одною та під'єднані до відповідних входів кожної фази перетворювача електродвигуна вентилятора та блока управління технологічною установкою. [Патент України № 109979, кл. H02J 13/00]. Недоліком даного пристрою є те, що у ньому не накопичується енергія та не виконується керування технологічною установкою, та вироблення енергії від одного контролера. В результаті робота механізму залежить від наявності потоку у трубопроводі, що не дає змоги використовувати накопичення енергії у різний час. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення пристрою шляхом використання додаткової альтернативної електричної енергії, яка виробляється при використанні потоку маси газів/повітря, відпрацьованих, вивільнених або що видуваються технологічною установкою. Вироблена електрична енергія може використовуватися для живлення як самої технологічної установки, так й інших машин або агрегатів підприємства, що дозволяє економити загальну кількість електроенергії та в результаті зменшується собівартість продукції, що випускається підприємством. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для автоматичного керування електроспоживанням технологічної установки, що має асинхронний електродвигун вентилятора і канал для видування газового/повітряного потоку, всередині якого встановлений повітряний гвинт, оснащений пристроєм для автоматичного змінювання кута атаки лопатей, генератор, ротор якого механічно пов'язаний з повітряним гвинтом, мікроконтролер, комутатори, який 1 UA 119021 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 додатково містить інвертор, що входом підключений через перший комутатор до акумуляторної батареї, а виходом до живлячої мережі, перетворювач частоти, який має систему управління, випрямляч й інвертор, що підключений до статора асинхронного двигуна вентилятора, до фаз якого підключені входи датчика електрорухомої сили, акумуляторна батарея, яка оснащена датчиком напруги та підключеного до виводів акумуляторної батареї, яка з'єднана з виходом генератора, причому один її вивід підключений через другий комутатор до першого, а другий вивід - до других входів інвертора, та випрямляч перетворювача частоти з'єднаний через третій комутатор з живлячою мережею, а входи мікроконтролера відповідно підключені до виходів датчиків напруги на акумуляторі та електрорухомої сили на статорних обмотках асинхронного електродвигуна, і його виходи - до входу системи управління перетворювачем частоти, управляючих входів комутаторів і керуючих входів інвертора. Корисна модель пояснюється кресленням, яке пояснюється схемою, де надана блок-схема пристрою для автоматичного керування електроспоживанням. На кресленні зображено наступне. Технологічна установка має канал 1. Через цей канал газовий/повітряний потік видувається вентилятором 2, що приводиться в дію асинхронним електродвигуном 3, який управляється перетворювачем частоти 4. Він побудований з використання випрямляча 5, інвертора 6 і системи управління 7. Генератор 8, у якому ротор механічно зв'язаний з повітряним гвинтом 9, і коли обертається, на його трьох виходах з'являється змінна трифазна напруга, величина амплітуди та фаз якої змінюється в залежності від величини газового/повітряного потоку. Кожна фаза трифазної напруги генератора 3 подається на випрямляч 10, який має фільтри, а його вихід підключений до акумуляторної батареї 11. До виводів акумуляторної батареї 11 підключений датчик 12, який на ній визначає величину постійної напруги. Входи мікроконтролера 13, відповідно підключені до датчиків електрорухомої сили 14, що визначає її в обмотках статора асинхронного електродвигуна 3 та напруги 12, що контролює її величину на акумуляторі. Виходи мікроконтролера 13 відповідно до першого, другого та третього управляючих входів комутаторів 15, 16 і 17. Контролер 13 керує роботою елементів інвертора 18. Управління роботою пристроєм виконується за допомогою пульта 19. Випрямляч 5 перетворювача частоти 4 підключений через перший комутатор 15 до живлячої мережі. Він перетворює трифазну живлячу напругу у постійну і подає її на входи інвертора 6. Одночасно входи інвертора 6 перетворювача частоти 4 з'єднаний з виводами акумуляторної батареї 11. При цьому один її вивід з'єднаний з одним входом інвертора 6 через другий комутатор 16. Додатково введений інвертор 18 зв'язаний входами з акумуляторною батареєю, причому один її вивід підключений до нього через третій комутатор 17, а виходи інвертора 18 - до живлячої мережі. Технологічною установкою може бути газовий котел, котлоагрегат, тощо. Вона використовується для нагнітання, або видування, або відсмоктування потоків газів/повітря в каналі 1 технологічної установки, таких як продукти згорання палива, кондиціонування приміщень, застосування у промисловості, протипожежних заходів, або народного господарства для приміщень чистого або насиченого повітря. Для цього в таких установках використовуються канал 1, в яких встановлені витяжні (видувні) вентилятори 2. Замість вентилятора 2 можуть бути використані повітродувки, димососи, компресори та інші. Вентилятор 2 приводиться в дію асинхронним електродвигуном 3, для управління якого використовується перетворювач частоти 4, що живиться від мережі через комутатор 15, або від акумуляторної батареї 11. Для цього при роботі вентилятора 2 від акумуляторної батареї 11 вона постійно заряджається від генератора 8, використовуючи випрямляч 10. При цьому постійна напруга живлення акумулятора 11 перетворюється у змінну за допомогою інвертора 6 та подається на статорні обмотки асинхронного електродвигуна 3. Постійна напруга живлення акумулятора 11 може використовуватися інвертором 18. Це необхідно для повернення електричної енергії в живлячу мережу, коли та дозволяє мікроконтролеру 13 шляхом подачі сигналу на управляючий вивід третього комутатора. Перетворювач частоти 4 має власну систему управління 7, яка керує роботою випрямляча 5 та інвертора 6 перетворювача частоти 4 по сигналах мікроконтролера 13 і керується від нього. Повітряний гвинт 9 оснащений пристроєм для зміни кута атаки лопатей. Він встановлюється пристроєм автоматично. Цей пристрій побудований на основі використання потоку середовища, що набігає. Під кутом атаки лопатей повітряного гвинта ми маємо на увазі кут між напрямком швидкості набігаючого на лопатку потоку газу/повітря і характерним поздовжнім напрямком, вибраним на тілі лопатки. Мікроконтролер 13 містить модуль мікропроцесора, до якого приєднано модуль пам'яті з програмним модулем, модуль синхронізації, модуль формування та відображення текстової та графічної інформації, модуль підключення допоміжного пристрою керування системою, 2 UA 119021 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 звуковий модуль, модуль живлення, модуль сполучення з шинами комп'ютера тощо. Мікроконтролер 13 на входах має вбудовані аналого-цифрові перетворювачі та дільники напруги живлення, що подається від датчиків напруги 12 на акумуляторній батареї 11 та електрорухомої сили 14. На виходах мікроконтролера 13 встановлені підсилювачі, вихідні сигнали з яких знімаються з прямих або інверсних виходів. Мікроконтролер 13 може бути виконаний із використанням: логічних елементів середнього ступеня інтеграції, великих інтегральних схем, мікропроцесорів тощо. Він повинен забезпечувати основні та допоміжні режими роботи вентилятора 2. Одночасно на основі отриманої інформації від датчиків 12 і 14, відповідно напруги на виводах акумуляторної батареї та електрорухомої сили в статорних обмотках асинхронного електродвигуна 3, мікроконтролер 13 керує роботою трьох комутаторів 15, 16 і 17, переключаючи режим роботи системи при використанні отриманої електричної енергії. Генератор 8 є синхронним. Він складається із двох основних частин: рухомої - ротора й нерухомої - статора. Його статор має звичайну конструкцію, в його пазах розміщують одно-, двох - або трифазну обмотку. За допомогою постійних магнітів, що розташовані на роторі утворюється постійно спрямоване поле збудження. В такій електричній машині механічна робота перетворюється в електричну енергію. Випрямляч 10 використовується для перетворення змінної напруги у постійну, яка заряджує акумуляторну батарею 11 та він може бути тиристорним, транзисторним або діодним тощо. Акумуляторна батарея 11 використовується для накопичення електричної енергії та подальшого використання її при роботі вентилятора 3 або віддачі надлишкової у живлячу мережу. Підключення до навантаження або відключення акумуляторної батареї 11 для зарядження виконується на основі показників датчика напруги 12. При достатньому рівню напруги на її виводах вона підключаються або відключається до інвертора перетворювача частоти 4, через другий комутатор 16. Одночасно інвертор 6 керується по сигналах системи управління 7 перетворювача частоти 4. Мікроконтролер 13 дозволяє при відсутності електрорухомої сили на статорних обмотках асинхронного електродвигуна 3, величина якої визначається датчиком 14, подачу постійної напруги з акумуляторної батареї 11 при включені другого комутатора 16 на інвертор 6 та одночасно систем управління 7 перетворювача частоти 4 формує сигнали, необхідні для роботи елементів інвертора 6. Завдяки використанню системи управління 7 перетворювача частоти 4 можна задавати різну швидкість обертання ротора асинхронного електродвигуна 3 вентилятора 2. Інвертори 6 і 18 - пристрої для перетворення постійного струму в змінний зі зміною величини напруги. Вони, як правило, реалізовані на основі використання напівпровідникових елементів, трансформаторів та других елементах. Запропонований пристрій функціонує наступним чином. Турбомеханізм пов'язаний з електричним двигуном, який керується від перетворювача частоти. У перетворювачі частоти є система управління, яка керує інвертором та випрямлячем, на основі управляючих сигналів від контролера. Завдяки системі управління можна задавати різну швидкість роботи турбомеханізму. При подачі сигналу управління з блока 19 у мікроконтролер 13, останній подає сигнали на управляючий вхід першого комутатора 15 і в схему управління 7, дозволяючи роботу перетворювача частоти 4. В результаті цієї дії живляча мережа підключається через перший комутатор 15 до випрямляча 5 перетворювача частоти 4. Схему управління 7 дозволяє працювати випрямлячу 5 і трифазна напруга змінного струму живлячої напруги випрямляється в постійну напругу і подається на вхід інвертора 6 перетворювача частоти 4. Робота цього інвертора полягає в перетворенні постійного струму по сигналах схеми управління 7 в змінну за величиною напруги. Отримана змінна трифазна напруга з виходу інвертора 6 подається на статорні обмотки електродвигуна 3 вентилятору 2, що визиває виникнення струму та подалі магнітного потоку в статорі. Взаємодія магнітного потоку статора з магнітним потоком ротора асинхронного електродвигуна 3, приводить в дію ротор, який починає обертати вентилятор 2. Так, як вентилятор розміщений у каналі 1, то він створює потік повітря/газу, який впливає на гвинт 9 та змушує його обертатись. Гвинт 9 механічно зв'язаний ротором генератора 8, який виробляє змінну трифазну напругу. Випрямляч 10 перетворює цю напругу в постійну, яка застосовується для заряду акумуляторної батареї 11. Мікроконтролер 13 визначає за допомогою сигналу з датчика напруги 12 рівень зарядження акумуляторної батареї 11. Коли рівень напруги на виводах акумуляторної батареї 11 достатній, то контролер 13 знімає сигнал з управляючого виводу першого комутатора 15, який закривається і випрямляч 5 відключається від живлячої мережі. В той же час контролер 13 подає дозволяючи сигнали на включення другого комутатора 16 і в схему 3 UA 119021 U 5 10 15 20 управління 7 перетворювача частоти 4. Тоді на входи інвертора 6 перетворювача частоти 4 подається постійна напруга з акумуляторної батареї 11 через другий комутатор 16. При цьому датчик 14 визначає наявність електрорухомої сили на обмотках асинхронного електродвигуна 3 і при низькому рівні або відсутності мікроконтролер 13 дозволяє системі управління 7 перетворювача частоти 4 формувати сигнали управління, які необхідні інвертору 6. При незадовільних показниках датчика 14 підключення акумуляторної батареї 11 до інвертора 6 виконується з затримкою часу, поки електрорухома сила на статорних обмотках асинхронного електродвигуна стане довільною. Достатній рівень величини напруги на акумуляторній батареї 11 дозволяє її повертати в живлячу мережу, завдяки використанню інвертора 18, на входи якого подається постійна напруга від акумуляторної батареї 11, для цього контролер 13 формує сигнал, який подається на управляючий вхід третього комутатора 17. При розрядженні акумуляторної батареї 11 відбуваються обернені дії: відключення акумуляторної батареї 11 та підключення живлячої мережі за допомогою відповідних комутаторів 16 і 15. Таким чином, пристрій для автоматичного керування електроспоживанням технологічної установки дозволяє одержувати та накопичувати електричну енергію за рахунок використання кінетичної енергії газо/повітряного потоку та віддавати накопичену електричну енергію користувачам. Як показали результати проведених досліджень, при використанні запропонованого пристрою економія електричної енергії може досягати до 20 % кількості спожитої електроенергії з живлячої мережі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Пристрій для автоматичного керування електроспоживанням технологічної установки, що має асинхронний електродвигун вентилятора і канал для видування газового/повітряного потоку, всередині якого встановлений повітряний гвинт, оснащений пристроєм для автоматичного змінювання кута атаки лопатей, генератор, ротор якого механічно пов'язаний з повітряним гвинтом, мікроконтролер, комутатори, який відрізняється тим, що додатково містить інвертор, що входом підключений через перший комутатор до акумуляторної батареї, а виходом до живлячої мережі, перетворювач частоти, який має систему управління, випрямляч й інвертор, що підключений до статора асинхронного двигуна вентилятора, до фаз якого підключені входи датчика електрорухомої сили, акумуляторна батарея, яка оснащена датчиком напруги та підключеного до виводів акумуляторної батареї, яка з'єднана з виходом генератора, причому один її вивід підключений через другий комутатор до першого, а другий вивід - до другого входу інвертора, та випрямляч перетворювача частоти з'єднаний через третій комутатор з живлячою мережею, а входи мікроконтролера відповідно підключені до виходів датчиків напруги на акумуляторі та електрорухомої сили на статорних обмотках асинхронного електродвигуна, і його виходи - до входу системи управління перетворювачем частоти, управляючих входів комутаторів і керуючих входів інвертора. 4 UA 119021 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5

Дивитися

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: H02J 13/00

Мітки: установки, пристрій, автоматичного, електроспоживанням, технологічної, керування

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/7-119021-pristrijj-dlya-avtomatichnogo-keruvannya-elektrospozhivannyam-tekhnologichno-ustanovki.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для автоматичного керування електроспоживанням технологічної установки</a>

Подібні патенти