RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 184 (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 27.04.200 0743408.6 (13) (1) T3 Int.Cl. H02P 1/42 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 19.06.2013 Europejski Biuletyn Patentowy 2013/2 EP 184 B1 (4) Tytuł wynalazku: Bezstykowy układ rozruchowy z indukcyjnością wzajemną (30) Pierwszeństwo: 21.01.200 CN 200038234 (43) Zgłoszenie ogłoszono: 03..2007 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2007/40 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 29.11.2013 Wiadomości Urzędu Patentowego 2013/11 (73) Uprawniony z patentu: Changshu Tianyin Electromechanical Co., Ltd., Changshu, CN (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP 184 T3 YUNWEN ZHAO, Changshu, CN (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Robert Teofilak SULIMA GRABOWSKA SIERZPUTOWSKA BIURO PATENTÓW I ZNAKÓW TOWAROWYCH SP.J. Skr. poczt. 6 00-96 Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
SGS-3920/VAL EP 1 841 0 B1 Opis DZIEDZINA WYNALAZKU [0001] Wynalazek dotyczy bezstykowych rozruszników indukcyjnych przeznaczonych głównie do uruchomiania silnika sprężarki z kondensatorem rozruchowym lub powszechnie stosowanego jednofazowego silnika prądu przemiennego. TŁO WYNALAZKU 20 2 30 3 40 4 [0002] Jednofazowe silniki prądu przemiennego zwykle składają się z rotora i statora zawierającego uzwojenie pierwotne i wtórne. Uzwojenie wtórne wykorzystywane jest nie tylko do rozruchu silnika ale również działa podczas normalnej pracy silnika. Tak więc, pełny obwód uzwojenia wtórnego jednofazowego silnika prądu przemiennego można przedstawić jako obwód roboczy uzwojenia wtórnego i obwód rozruchowy uzwojenia wtórnego które są wzajemnie zbocznikowane. Silnik, w którym uzwojenie wtórne nie pracuje podczas normalnej pracy silnika nie jest wyposażony w obwód roboczy uzwojenia wtórnego. Tak więc, w silniku tego typu, obwód rozruchowy uzwojenia pracuje tylko przy rozruchu silnika i musi zostać odłączony po uruchomieniu silnika. W konwencjonalnych silnikach odłączenie obwodu rozruchowego uzwojenia wtórnego jest zwykle realizowane przy pomocy elementu z dodatnim współczynnikiem temperaturowym PTC. Przy uruchamianiu silnika pracuje obwód rozruchowy, i prąd rozruchowy w uzwojeniu wtórnym płynie przez element PTC, co powoduje wydzielanie się ciepła na elemencie PTC i w końcu odłączenie obwodu rozruchowego. Podczas normalnej pracy silnika przez element PTC cały czas płynie mały prąd, utrzymujący rezystancję termiczną elementu PTC, a więc zapobiega uruchomieniu obwodu rozruchowego silnika. Strata mocy na utrzymanie wydzielania ciepła przez element PTC wynosi około 3W. Ponieważ silniki takie są szeroko stosowane, straty ciepła przyczyniają się do dużego marnotrawienia energii. [0003] W chińskim zgłoszeniu patentowym CN2228A opisano obwód elektroniczny do rozruchu jednofazowych silników indukcyjnych. Przez wykorzystanie triaka bramkowanego od stanu włączonego do stanu wyłączonego przez układ czasowy w obwodzie rozruchowym silnika i związanymi z nim obwodami bramkowania, realizowane jest przełączanie obwodu rozruchowego silnika od stanu włączenia przy włączeniu zasilania do wyłączenia z opóźnieniem, a zatem realizowane jest uruchomienie silnika. Jednakże, duża ilość elementów dyskretnych, z których zbudowany jest obwód wymaga bardzo dużej niezawodności w typowym przypadku zastosowania, w którym silnik musi uruchamiać się w sposób przerywany i często w długim okresie pracy, co w znacznym stopniu ogranicza niezawodność obwodu rozruchowego; szczególnie, prąd roboczy o wartości kilku miliamperów płynie przez elementy rezystancyjne zastosowane w obwodzie włączania bramki i wiele tranzystorów układu opóźniającego wyłączenia bramki. Ponadto, cały obwód elektroniczny pracuje w kompleksowym obwodzie pracy silnika i nie jest skutecznie odizolowany od kompleksowego środowiska elektrycznego. W wyniku tego, cały słaby układ obwodu niskoprądowego nie jest dobrze zabezpieczony, co bardzo niekorzystnie odbija się na niezawodności całego układu silnika. Dodatkowo, triak użyty w obwodzie wymaga resetowania układu czasowego przed załączeniem obwodu rozruchowego silnika, tzn. obwód układu czasowego musi mieć odłączone zasilanie, tak aby kondensator układu czasowego rozładowywał się przez pewien czas, zanim triak ponownie wyłączy się z opóźnieniem czasowym. W przeciwnym razie triak zawsze będzie w stanie wyłączonym, dopóki będzie
2 20 prąd w obwodach załączenia bramkowania/opóźnionego wyłączenia bramkowania, co zapobiega przełączaniu silnika ze stanu niskoprądowego spoczynku do stanu uruchomienia. [0004] Wynalazek ujawniony w japońskim opisie patentowym JP094279 wykorzystuje zasadę, że wartość prądu podczas uruchomiania silnika różni się od wartości prądu podczas normalnej pracy i wykorzystuje rezystor detekcji prądu w głównym obwodzie silnika w celu przekształcenia sygnału prądowego w obwodzie głównym (całkowity prąd silnika) w sygnał napięciowy. Ponadto, tamten wynalazek wykorzystuje "zadajnik prądu odniesienia" i "obwód porównania prądów", dla porównania sygnału prądowego obwodu głównego z wstępnie ustawioną wartością prądu, oraz wykorzystuje wynik porównania do sterowania włączaniem/wyłączaniem bramki triaka włączonego w obwód rozruchowy silnika, i w ten sposób osiąga cel sterowania otwórz/zamknij obwodu rozruchowego. Jednakże, rezystor użyty w obwodzie próbkuje sygnał prądowy w głównym obwodzie silnika do postaci sygnału napięciowego. Ponieważ rezystor jest elementem czysto rezystancyjnym a prąd w głównym obwodzie silnika jest zwykle na poziomie jednego ampera lub blisko jednego ampera, rezystor powoduje stratę ciepła na poziomie jednego wata lub blisko jednego wata w ciągu całego procesu pracy silnika. Pomimo, że układ może uruchomić silnik, znacznie obniża stopień wykorzystania energii. Ponadto, układ wykorzystuje obwody pomocnicze takie jak "zadajnik prądu odniesienia" i "obwód porównania", z których wszystkie do pewnego stopnia obniżają niezawodność funkcji rozruchu. [000] Kolejne bezstykowe rozruszniki znane ze stanu techniki ujawnione są w dokumentach US-A-4 74 229 i US-A-4 307 327. SKRÓCONY OPIS WYNALAZKU 2 30 3 40 4 [0006] Przedmiotem co najmniej niektórych postaci niniejszego wynalazku jest zapewnienie indukcyjnego bezstykowego rozrusznika dla jednofazowego silnika prądu przemiennego, cechującego się wysoką niezawodnością i małymi stratami mocy. [0007] Zatem, zgodnie z postacią wykonania wynalazku można otrzymać bezstykowy rozrusznik indukcyjny dla silnika jednofazowego prądu przemiennego. Silnik może zawierać, stator składający się co najmniej z uzwojenia pierwotnego i uzwojenia wtórnego. Pomiędzy zaciski wyjściowe uzwojenia pierwotnego i wtórnego można włączyć kondensator C pracujący w sposób ciągły. [0008] Bezstykowy rozrusznik indukcyjny według niniejszego wynalazku posiada cechy opisane w zastrzeżeniu 1. Korzystne postacie wykonania opisane są w zastrzeżeniach zależnych 2 i 3. [0009] Przez próbkowanie stosownych sygnałów prądowych za pomocą cewki prądowej, rozrusznik może skutecznie kontrolować straty ciepła układu próbkowania prądu zmniejszając je do poziomu miliwatów (tzn. dla jednofazowego silnika prądu przemiennego rozrusznik jest rozrusznikiem z "zerowymi stratami mocy"), a więc znacznie poprawia sprawność energetyczną. Ponadto, rozrusznik ma prosty obwód, niedużo elementów i jest niezawodny, poprawiając niezawodność układu rozruchowego silnika przy realizacji funkcji rozruchowej silnika. SKRÓCONY OPIS FIGUR RYSUNKU [00] Wspomniane powyżej oraz inne cechy przedstawionego tu wynalazku opisane są poniżej w odniesieniu do rysunku przedstawiającego korzystne postaci wykonania. Zilustrowane postacie wykonania mają na celu zilustrowanie, ale nie ograniczenie wynalazku. Ilustracja zawiera następujące figury:
3 Fig. 1 przedstawia schemat elektryczny obwodu rozruchowego, zbudowanego zgodnie z pierwszą postacią wykonania; Fig. 2 przedstawia schemat elektryczny obwodu rozruchowego drugiej postaci wykonania; 20 2 30 3 40 4 0 OPIS PREFEROWANYCH POSTACI WYKONANIA [0011] W części dotyczącej dołączonego rysunku pokazano otoczone wielobokiem za pomocą linią przerywanej kilka postaci wykonania indukcyjnego bezprzewodowego rozrusznika do jednofazowego silnika prądu przemiennego, gdzie skojarzony silnik MD zaznaczony jest okręgiem za pomocą linii przerywanej. [0012] Jak pokazano na fig. 1, jeden zacisk kondensatora rozruchowego C s silnika można połączyć z zaciskiem rezystora Rt typu PTC. Drugi zacisk kondensatora rozruchowego C s silnika można połączyć z zaciskiem kondensatora pracy C silnika, zaciskiem drugiego uzwojenia pierwotnego L3, zaciskiem kondensatora C 0 bramki, i zaciskiem M wyjścia uzwojenia pierwotnego silnika MD. [0013] Triak T może zawierać pierwszą elektrodę A1, drugą elektrodę A2 i elektrodę bramki G. Triak T można zainstalować w obwodzie rozruchowym w układzie pokazanym na fig.1 i fig. 2. [0014] Jak pokazano na fig. 2, w niektórych postaciach wykonania jeden zacisk kondensatora rozruchowego C s silnika można połączyć z zaciskiem rezystora Rt typu PTC. Drugi zacisk kondensatora rozruchowego C s silnika można połączyć z zaciskiem A wejścia zasilania, jednym zaciskiem kondensatora C 0 bramki i jednym zaciskiem drugiego uzwojenia pierwotnego L3. [00] We wszystkich z wyżej wspomnianych postaci wykonania, wspólny zacisk wyjściowy Z uzwojenia pierwotnego i wtórnego silnika MD można połączyć z zaciskiem B wejścia zasilania. [0016] Ponadto, w powyższych postaciach wykonania zmiana prądu w uzwojeniu pierwotnym L1 cewki prądowej o indukcyjności wzajemnej L jest specyficzna i zależność fazowa pomiędzy tym prądem a prądem w obwodzie rozruchowym silnika jest specyficzna, w zależności od silnika MD. Przez odpowiednie wybranie spośród postaci wykonania, zależność fazowa pomiędzy prądem bramkowania w uzwojeniu wtórnym L2 cewki prądowej o indukcyjności wzajemnej L, a prądem w obwodzie rozruchowym silnika może być optymalna, i można otrzymać optymalną charakterystykę zmiany prądu tak, aby wyzwolić triak, który można podłączyć szeregowo w obwodzie rozruchowym silnika. [0017] Przez dobranie cewki prądowej o indukcyjności wzajemnej L z właściwymi parametrami, triak T może być wyzwalany podczas rozruchu, ale nie będzie wyzwalany podczas normalnej pracy silnika MD, tak więc obwód rozruchowy silnika może być sterowany tylko podczas rozruchu silnika. Cewkę prądową o indukcyjności wzajemnej L można dobrać według potrzeb i dopasować do obwodu przez dobranie liczby zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego L1, L2 oraz poprzez dobór rdzenia żelaznego lub rdzenia magnetycznego o specyficznej charakterystyce. [0018] W ciągu krótkiego czasu od rozpoczęcia zwiększania prędkości przez rotor, silnik MD może zapewnić, że triak T zostaje przełączony ze stanu włączonej bramki do stanu wyłączonej bramki, tzn., prąd wyjściowy z cewki prądowej o indukcyjności wzajemnej L musi automatycznie zmniejszyć się do poziomu, w którym triak T nie może być wyzwolony, i w ten sposób odłączyć obwód rozruchowy i zakończyć rozruch silnika. [0019] Jak pokazano na rysunku, w momencie gdy silnik MD zaczyna uruchamianie, prąd rozruchowy w uzwojeniu pierwotnym silnika MD jest duży, ale prąd w uzwojeniu wtórnym silnika MD jest mały. Prąd wyjściowy cewki prądowej o indukcyjności wzajemnej L wyzwala triak, przy dominującym wpływie drugiego uzwojenia pierwotnego L3, a więc
4 20 obwód rozruchowy zaczyna pracować, powodując szybki wzrost prądu w uzwojeniu wtórnym silnika MD i udział prądu pierwszego uzwojenia pierwotnego L1 cewki prądowej o indukcyjności wzajemnej L w prądzie wyjściowym uzwojenia wtórnego odgrywa rolę dominująca. Ponieważ prąd wyjściowy uzwojenia wtórnego L2 cewki prądowej o indukcyjności wzajemnej L szybko rośnie, powoduje wyzwolenie triaka T w obwodzie rozruchowym, co powoduje przejście obwodu rozruchowego w stan pracy. Gdy w uzwojeniu wtórnym silnika MD w obwodzie rozruchowym przez rezystor Rt typu PTC przepływa duży prąd rozruchowy, rezystor Rt typu PTC szybko wydziela ciepło, a więc szybko zwiększa się jego rezystancja. Gdy temperatura rezystora Rt typu PTC osiągnie swój punkt Couriera, rezystancja osiąga wartość maksymalną, która może być wystarczająca do odłączenia obwodu rozruchowego silnika. Teraz silnik MD wchodzi w stan pracy normalnej. Po przeprowadzeniu regulacji zgodnie ze wspomnianą wcześniej zasadą doboru i dopasowaniu cewki prądowej o wzajemnej indukcyjności L, prąd wyjściowy uzwojenia wtórnego L2 cewki prądowej nie może wyzwolić triaka T. Tak więc, obwód rozruchowy silnika jest całkowicie odłączony a w rezystorze Rt typu PTC zmniejsza się prąd, a co za tym idzie jego temperatura zaczyna spadać. Gdy temperatura rezystora Rt typu PTC spadnie do wartości bliskiej temperatury otoczenia nie jest możliwe, aby triak T w obwodzie rozruchowym został wyzwolony przez prąd wyjściowy uzwojenia wtórnego L2 cewki prądowej L, ponieważ silnik jest w stanie normalnej pracy. W rezultacie, żaden prąd nie płynie przez rezystor Rt, typu PTC, a więc rezystor Rt typu PTC nie będzie wydzielał ciepła dopóki silnik nie zatrzyma się i nie uruchomi się ponownie; w ten sposób obwód rozruchowy silnika będzie trwał w tym stanie, aż do zatrzymania się silnika. Zastrzeżenia 2 30 1. Bezstykowy rozrusznik indukcyjny do jednofazowego silnika (MD) prądu przemiennego, - silnik (MD) zawierający stator, składający się z co najmniej uzwojenia pierwotnego i uzwojenia wtórnego i włączonego na stałe kondensatora (C), - bezstykowy rozrusznik indukcyjny, zawierający cewkę prądową o indukcyjności wzajemnej (L), składającą się z dwóch uzwojeń pierwotnych (L1, L3) i uzwojenia wtórnego (L2), kondensatora (C 0 ) bramki, triaka (T), kondensatora rozruchowego (Cs) silnika i rezystora Rt typu PTC, - w którym pierwszy zacisk uzwojenia wtórnego (L2) cewki prądowej o indukcyjności wzajemnej (L) połączony jest z elektrodą bramki (G) triaka (T), 3 - w którym drugi zacisk uzwojenia wtórnego (L2) połączony jest z pierwszą elektrodą (A1) triaka (T), pierwszym zaciskiem kondensatora roboczego (C) silnika, i pierwszym zaciskiem pierwszego uzwojenia pierwotnego (L1) cewki o indukcyjności wzajemnej (L), - w którym drugi zacisk pierwszego uzwojenia pierwotnego (L1) cewki o indukcyjności wzajemnej (L) jest połączony z zaciskiem wyjściowym (S) uzwojenia wtórnego silnika (MD), 40 - w którym pierwszy zacisk drugiego uzwojenia pierwotnego (L3) cewki o indukcyjności wzajemnej (L) jest połączony z pierwszym zaciskiem wejściowym (A) zasilania i pierwszym zaciskiem kondensatora (C 0 ) bramki, - w którym drugi zacisk drugiego uzwojenia pierwotnego (L3) cewki o indukcyjności wzajemnej (L) jest połączony z zaciskiem wyjściowym (M) uzwojenia pierwot-
nego silnika (MD), drugim zaciskiem kondensatora pracy (C) silnika, i drugim zaciskiem kondensatora (C 0 ) bramki, - w którym pierwszy zacisk rezystora Rt typu PTC jest połączony z drugą elektrodą (A2) triaka (T), - w którym drugi zacisk rezystora PTC jest połączony z pierwszym zaciskiem kondensatora rozruchowego (Cs) silnika. 2. Bezstykowy rozrusznik indukcyjny według zastrzeżenia 1, w którym drugi zacisk kondensatora rozruchowego (Cs) silnika jest połączony z drugim zaciskiem kondensatora pracy (C) silnika, zaciskiem wyjściowym (M) uzwojenia pierwotnego silnika (MD), i drugim zaciskiem kondensatora (C 0 ) bramki. 3. Bezstykowy rozrusznik indukcyjny według zastrzeżenia 1, w którym drugi zacisk kondensatora rozruchowego (Cs) silnika jest połączony z pierwszym zaciskiem kondensatora (C 0 ) bramki, pierwszym zaciskiem drugiego uzwojenia pierwotnego (L3) cewki prądowej o indukcyjności wzajemnej (L), i pierwszym zaciskiem wejściowym (A) zasilania. Uprawniony: Changshu Tianyin Electromechanical Co., Ltd. Pełnomocnik: dr inż. Robert Teofilak Rzecznik patentowy
Fig. 1 6
7
DOKUMENTY PRZEDSTAWIONE W OPISIE 8 Ta lista dokumentów przedstawionych przez Zgłaszającego została przyjęta jedynie dla informacji czytającego i nie jest częścią składową europejskiego opisu patentowego. Została ona utworzona z dużą starannością; Europejski Urząd Patentowy nie ponosi jednak żadnej odpowiedzialności za ewentualne błędy i braki. Dokumenty patentowe przedstawione w opisie CN 2228 A [0003] JP 094279 B [0004] US 474229 A [000] US 4307327 A [000]