Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

4. Составление заявки на способ; заявка на устройство

Ранее уже приводились определения, что представляет собой способ. Уточним это понятие.

Способ - это совокупность приемов, выполняемых в определенной последовательности или с соблюдением определенных правил. Как объект изобретения способ характеризуется технологическими средствами: наличием определенного действия или совокупности действий, порядком выполнения таких действий (последовательно, одновременно, в различных сочетаниях и т.п.), условиями осуществления действий, режимом использования веществ (исходного сырья, реагентов, катализаторов и т.д.), устройств (приспособлений, инструментов, оборудования и т.д.), штаммов микроорганизмов и т.д. [4.1].

Способы как процессы выполнения действий над материальными объектами обычно подразделяются на: 1) способы, направление на изготовление продуктов (изделий, веществ и т.д.); 2) способы, направленные на изменение состояния предметов материального мира без получения конкретных продуктов (транспортировка, обработка, регулирование и т.д.); 3) способы, в результате которых определяется состояние предметов материального мира (контроль, измерение, диагностика и т.д.).

Специфика изобретений-способов, направленных на изготовление продуктов, заключается в том, что действие патента, выданного на такой способ, распространяется и на продукт, изготовленный непосредственно этим способом (п.2 ст-10 Патентного закона).Что касается способов третьей группы, то с принятием нового Закона патенты стали выдаваться также на способы профилактики, диагностики и лечения заболеваний, которые ранее охранялись только авторскими свидетельствами.

К способам как объектам изобретения относятся процессы выполнения взаимосвязанных действий (приемов, операций) над материальными объектами (устройством, средой, электрическим зарядом, магнитным полем и др.) с помощью материальных объектов.

В отличие от устройства, которое может быть и в неподвижном состоянии, и в динамическом (работать) и не перестает от этого быть устройством, способ представляет собой комплекс действий. Он не может существовать в неподвижном состоянии. Способ существует лишь в тот период времени, пока идут действия, пока осуществляются во времени приемы, составляющие в своей совокупности способ.

Отсюда, в частности, вытекает, что всякие подготовительные операции, предшествующие способу как технологическому процессу, не являются признаками способа как объекта изобретения [4.2].

В конечном итоге можно сказать, что способ - это определенная последовательность действий (операций, приемов), производимых человеком или машиной, на которую человек возлагает выполнение тех или иных операций, над материальными объектами, в результате которых эти объекты претерпевают те или иные изменения (деформации, преобразования и т. п.) И достигается поставленная цель.

Способ как объект изобретения выражается выполнением действия над материальным объектом с помощью материальных объектов и может быть охарактеризован следующими признаками [4.3]:

наличием действия или совокупности действий,

порядком выполнения действий во времени (последовательно, одновременно, в различных сочетаниях),

условиями осуществления действий,

режимом,

использованием веществ.

Рассмотрим конкретный пример заявки на способ, которая в дальнейшем стала официальным патентом. Ниже следует официальный текст патента [4.4].

СПОСОБ СТУПЕНЧАТОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Патент Российской Федерации

Сутьизобретения:

Изобретение может быть использовано в электроприводе для ступенчатого регулирования скорости асинхронного электродвигателя. Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в улучшении качества и надежности квазичастотного ступенчатого регулирования скорости асинхронного электродвигателя. В способ, включающий формирование сигнала, задающего режим квазичастотного регулирования и синтез с помощью коммутаторов напряжения питания асинхронного электродвигателя, вводятся дополнительные операции: формирование синхроимпульсов, привязанных к моментам перехода напряжения питающей сети через ноль; формирование сигналов управления коммутаторами как импульсов тока или напряжения, длительность и период следования которых определяют полярность и количество полупериодов напряжения питающей сети в синтезируемом напряжении питания асинхронного электродвигателя, необходимые для преобладания задаваемой гармоники и установки ее амплитуды в синтезируемом напряжении питания асинхронного электродвигателя. 9 ил.

Номерпатента:

2176127

Класс(ы)патента:

H02P5/28, H02P5/418

Номерзаявки:

2000121674/09

Датаподачизаявки:

14.08.2000

Датапубликации:

20.11.2001

Заявитель(и):

Плохута Анатолий Иванович

Автор(ы):

Плохута А.И.; Врублевский Н.Ф.; Левинзон С.В.

Патентообладатель(и):

Плохута Анатолий Иванович

Описание изобретения

Изобретение относится к электротехнике, а именно к управлению электрическими машинами, и может быть использовано в электроприводе для ступенчатого регулирования скорости асинхронного электродвигателя в сторону ее уменьшения.

Известен способ ступенчатого регулирования скорости асинхронного электродвигателя изменением числа пар его полюсов [1]. В этом случае на статоре размещается несколько обмоток или одна обмотка, предполагающая возможность коммутации ее секций. Такие многоскоростные электродвигатели имеют большие массу и габариты, сложнее конструктивно и дороже, чем электродвигатели нормального исполнения.
Как известно из уровня техники, скорость асинхронного электродвигателя определяется зависимостью:
http://ru-patent.info/21/75-79/img/2176127-2t.gif
Следовательно, при неизменном числе пар полюсов p и величине скольжения s, скорость электродвигателя n определяется частотой питающего напряжения питающей сети f. Известен способ ступенчатого регулирования скорости асинхронного электродвигателя путем переключения его от сети к источнику напряжения пониженной частоты [2]. Однако в этом случае необходим источник пониженной частоты и сложная система коммутации сети постоянного и переменного тока. Кроме того, необходим соответствующий источник постоянного тока.

Известен способ квазичастотного регулирования скорости асинхронного электродвигателя [3] в сторону ее уменьшения, который характеризуется тем, что позволяет получать регулируемую частоту напряжения на статоре асинхронного электродвигателя (АД) в области ниже номинальной с помощью тиристорных регуляторов напряжения (ТРН). Этот способ обеспечивает получение низких скоростей асинхронного электрического привода (ЭП), которые необходимы при работе, например, различных грузоподъемных механизмов, и включает следующие операции:

 1) формирование сигнала, задающего режим квазичастотного регулирования, который может представлять собой двоичный код, импульсно-кодовую последовательность, а также ток или напряжение фиксированной величины, который определяет частоту и амплитуду напряжения питания, подаваемого на электродвигатель;

2) синтез напряжения питания АД из элементов напряжения питающей сети. Сформированное напряжение питания АД является полигармоничным и содержит как гармонику пониженной частоты, так и сетевую и более высокие частотные составляющие.
Основной недостаток принятого за прототип известного способа заключается в том, что в спектре подаваемого на электродвигатель напряжения питания амплитуда гармоники исходной частоты превышает амплитуду гармоники пониженной частоты. Это иллюстрируется амплитудно-частотными характеристиками (АЧХ) напряжения питания АД [4], полученного по известному способу из напряжения питающей сети частотой 50 Гц (фиг. 1, 2).

 На фиг. 1 представлены форма напряжения питания АД и его АЧХ для случая работы электродвигателя на скорости в два раза ниже номинальной, из которых видно, что задаваемая гармоника частотой 25 Гц имеет амплитуду ~0,43, что меньше амплитуды гармоники частотой 50 Гц, равной 0,5.

На фиг. 2 представлены форма напряжения питания АД и его АЧХ для случая работы электродвигателя на скорости в четыре раза ниже номинальной, из которых видно, что задаваемая гармоника частотой 12,5 Гц имеет амплитуду ~ 0,41, что меньше амплитуды гармоники 50 Гц, равной 0,5. Из анализа характеристик следует, что независимо от соотношения номинальной скорости АД и скорости, устанавливаемой в процессе регулирования, амплитуда гармоники частотой 50 Гц является доминирующей.

Кроме того, рассматриваемый способ не предусматривает изменения амплитуды напряжения гармоники пониженной частоты, который в зависимости от характера нагрузки может быть пропорционален частоте, или ее квадрату, или квадратному корню из нее [5].

Указанные недостатки накладывают ограничения на область применения известного способа квазичастотного ступенчатого регулирования скорости асинхронного электродвигателя.

Целью изобретения является обеспечение надежного квазичастотного ступенчатого регулирования скорости асинхронного электродвигателя, заключающегося в формировании сигнала, задающего режим квазичастотного регулирования, и синтезе с помощью коммутаторов напряжения питания асинхронного электродвигателя.
Предлагаемый способ квазичастотного ступенчатого регулирования скорости асинхронного электродвигателя предусматривает следующие операции:
1) формирование синхроимпульсов, привязанных к моментам перехода напряжения питающей сети через ноль;
2) формирование сигнала, задающего режим квазичастотного регулирования, как последовательности импульсов тока или напряжения, фронт и спад которых определяются синхроимпульсами, а длительность и период следования задают в зависимости от соотношения номинальной скорости асинхронного электродвигателя к скорости, устанавливаемой в процессе регулирования [6];
3) формирование сигналов управления коммутаторами как импульсов тока или напряжения, длительность и период следования которых определяют полярность и количество полупериодов напряжения питающей сети в синтезируемом напряжении питания асинхронного электродвигателя, необходимые для преобладания задаваемой гармоники и установки ее амплитуды в синтезируемом напряжении питания асинхронного электродвигателя [6];
4) синтез полупериодов напряжения питания асинхронного электродвигателя из однополярных полупериодов напряжения питающей сети.

На фиг. 3 представлена структурно-функциональная схема, поясняющая способ. Предложенный способ осуществляется следующим образом. Фиг

Фиг.3

В соответствии с обозначениями на фиг. 3: 1 - узел синхронизации, на вход которого подается напряжение питающей сети. Он выполняет функцию получения синхроимпульсов, жестко привязанных к питающей сети, например,


Фиг.4к моменту перехода напряжения через ноль. Упомянутый узел может быть реализован, например, с помощью оптронов и компараторов.

 

Выходные сигналы узла 1 подаются на узел 2 - узел оперативного управления и узел 3 - цифровое логическое устройство. Они обеспечивают синхронизацию работы этих узлов. Узел 2 осуществляет операцию формирования сигналов, задающих режим квазичастотного регулирования и задания начальных условий работы узла 3, значения сигналов NA, NB, NC, поступающих с узла 2 (фиг. 4), в момент включения электропривода (ЭП). Например, см. момент t = 0 на фиг. 5.Узел 2 может быть выполнен, например, с использованием электронных и (или) механических коммутирующих устройств. Узел 3 осуществляет формирование сигналов управления коммутаторами полупериодов напряжения питающей сети на базе последовательности синхроимпульсов и сигналов, задающих режим квазичастотного регулирования, представляющих собой последовательность импульсов тока или напряжения, фронт и спад которых определяются синхроимпульсами. Он может быть выполнен, например, на базе цифровых логических элементов [7].

Сигналы управления коммутаторами полупериодов напряжения питающей сети, представляющие собой импульсы тока или напряжения, длительность и период следования которых определяют полярность и количество полупериодов напряжения питающей сети в синтезируемом напряжении питания асинхронного электродвигателя с выхода узла 3, подаются на узел 4 - узел коммутаторов полупериодов, который формирует полупериоды напряжения питания асинхронного электродвигателя из однополярных полупериодов напряжения питающей сети.

Одновременно на узел коммутаторов полупериодов подается напряжение питающей сети, из которого формируются последовательности однополярных (например, положительных) полупериодов, из которых затем осуществляется синтез напряжения питания АД с заданными параметрами.
При этом осуществляются следующие операции: формирование из синусоидального напряжения питающей сети последовательности однополярных полупериодов и синтез из непрерывной последовательности полупериодов напряжения питания АД с заданными параметрами, т. е. частотой и амплитудой основной гармоники (гармоники с частотой ниже частоты питающей сети).

Параметры синтезированного напряжения питания АД определяются длительностью и периодом следования сигнала управления, который позволяет зафиксировать полярность и положение во времени полупериодов напряжения питающей сети в выходном синтезированном напряжении питания (статора) АД. В случае многофазной системы осуществляется необходимый фазовый сдвиг между последовательностями, формируемыми на выходах A', B', C' для питания нагрузок Za, Zb, Zc.

Для иллюстрации предложенного способа на фиг. 6 представлены форма напряжения питания АД и АЧХ для случая двукратного понижения частоты, из которых видно, что амплитуда задаваемой гармоники 25 Гц является преобладающей и равна ~ 0,85, а гармоника напряжения питающей сети
50 Гц отсутствует.

На фиг. 7 представлены форма напряжения питания АД и его АЧХ для двукратного понижения частоты с уменьшением амплитуды первой гармоники, из которых видно, что амплитуда задаваемой гармоники 25 Гц является преобладающей и равна 0,6, а гармоника напряжения питающей сети 50 Гц - отсутствует.

Таким образом, в синтезированном напряжении питания асинхронного электродвигателя достигается безусловное преобладание задаваемой гармоники и возможна установка ее амплитуды, что дает возможность выполнения одного из основных условий частотного управления асинхронными электродвигателями.

 На фиг. 8 представлены форма напряжения питания АД и его АЧХ, иллюстрирующие работу по предложенному способу для трехкратного снижения частоты напряжения питания АД, из которых видно, что амплитуда задаваемой гармоники 16,5 Гц равна ~0,83, а амплитуда гармоники напряжения питающей сети 50 Гц - 0,33. Таким образом, задаваемая гармоника преобладает в синтезированном напряжении питания асинхронного электродвигателя.

График одновременно иллюстрирует возможность использования однофазной сети для питания трехфазных асинхронных электродвигателей путем формирования трех независимых последовательностей со сдвигом на один полупериод.

Устройство, реализующее предложенный способ, может быть выполнено, например, по структурной схеме, приведенной на фиг. 4. Оно содержит: узел 1 - узел синхронизации, выполненный, например, на диодных оптронах и компараторах. Входным сигналом узла 1 является трехфазное напряжение питающей сети, из которого формируются последовательности синхроимпульсов, соответствующие переходам напряжения фаз через ноль.

Сформированные синхроимпульсы SA, SB, SC поступают на узел 2 - узел оперативного управления и узел 3 - цифровое логическое устройство. Узел 2, задающий функцию регулирования Fрег, определяет параметры каждого из сигналов NA, NB, NC в зависимости от задаваемой скорости АД (режима работы электропривода). Он может быть выполнен, например, на базе мембранной клавиатуры и шифратора, выполненного на логических микросхемах КМОП логики [8].

С выхода узла 2 совокупность сигналов NA, NB, NC, представляющая собой в каждый момент времени код функции управления, подается на узел 3, выполненный, например, на базе микропроцессора [9]. С выхода узла 3 сигналы управления FA, FB, FC подаются на узел 4 - узел коммутаторов полупериодов, выполненный, например, на диодных [10] и тиристорных мостовых схемах. На вход упомянутого узла подается также напряжение питающей сети. На выходах узла 4 синтезируются напряжения питания асинхронного электродвигателя UA, UB, UC, подаваемые на соответствующие обмотки ZA, ZB, ZC статора асинхронного электродвигателя.

Вариант реализации узла 4 и временная диаграмма его работы для задаваемых скоростей в два и три раза ниже номинальной представлены на фиг. 9.

Временная диаграмма работы устройства для осуществления способаступенчатого регулирования скорости асинхронного электродвигателя (фиг. 4), иллюстрирующая работу устройства по предлагаемому способу, представлена на фиг. 5. Обозначения сигналов на осях временных диаграмм полностью соответствуют сигналам, обозначенным на фиг. 4.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает надежное квазичастотное ступенчатое регулирование с безусловным преобладанием гармоники заданной частоты и амплитуды в выходном напряжении.
Приведенные сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения.
Источники информации
1. Волынский Б. А. , Зейн Е.И., Шатерников В.Е. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 421 - 422.
2. Авторское свидетельство СССР N 322841, МКИ H 02 7/42, опубл. 1971, Бюл. N 36.
3. Москаленко В.В. Электрический привод. - М.: Высшая школа, 1991, - с. 142-143, рис. 5.27.
4. Москаленко В.В. Электрический привод. - М.: Высшая школа, 1991, рис. 5.27б.
5. Москаленко В.В. Электрический привод. - М.: Высшая школа, 1991, - с. 129, (5.29; 5.30; 5.31).
6. Патент РФ 2103798, МКИ H 02 P 5/418. Устройство управления частотой вращения коллекторного электродвигателя переменного тока / А.И. Плохута, Н. Ф. Врублевский. - Опубл. 1998, Бюл. N 3.
7. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. - М.: Радио и связь, 1990. - стр. 116 - 120, рис. 3.28.
8. Губренко И. М., Кучумов Е.В. Телефонные аппараты и таксофоны. - М.: Радио и связь, 1989. - стр. 214 - 217, рис. П1.2.
9. Михайлов С.А. Жесткая логика и микропроцессоры: новые пропорции старого дуализма // Микропроцессорные средства и системы. - 1990. - N 5. - С. 90, рис. 2.
10. Полупроводниковые выпрямители. Под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостовой. Издание второе М.: Энергия, 1978. Рис. 2 - 8, С. 62

11.Полупроводниковые выпрямители. Под ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостовой. Издание второе, М.: Энергия, 1978, глава 4, стр. 177 - 264.

Формула изобретения

Способ ступенчатого регулирования скорости асинхронного электродвигателя, заключающийся в формировании сигнала, задающего режим квазичастотного регулирования, и синтезе с помощью коммутаторов напряжения питания асинхронного электродвигателя, отличающийся тем, что формируют синхроимпульсы, привязанные к моментам перехода напряжения питающей сети через ноль, формируют сигналы, задающие режим квазичастотного регулирования как последовательность импульсов тока или напряжения, фронт и спад которых определяются синхроимпульсами, а длительность и период следования задают в зависимости от отношения номинальной скорости асинхронного электродвигателя к скорости, устанавливаемой в процессе регулирования, формируют сигналы управления коммутаторами как импульсы тока или напряжения, длительность и период следования которых определяют полярность и количество полупериодов напряжения питающей сети в синтезируемом напряжении питания асинхронного электродвигателя, необходимые для преобладания задаваемой гармоники и установки ее амплитуды в синтезируемом напряжении питания асинхронного электродвигателя, причем каждый полупериод напряжения питания асинхронного электродвигателя состоит из однополярных полупериодов напряжения питающей сети.

Примечания:

1. Номера рисунков обозначены Фиг. , точно так, как они представлены в официальном тексте заявки.

2.Библиографические ссылки имеют вид и нумерацию в соответствии с приведенным выше текстом.

Прошло почти два десятилетия, и на текст заявки от названия формулы можно посмотреть с высоты прошедших лет, увидеть много пробелов и недостатков, которые допустили его авторы.

 Начнём с названия Способ ступенчатого регулирования скорости асинхронного электродвигателя . То есть защищается только способ и не сообщается, что в материалах заявки фактически защищается и одно из устройств, реализующих данный способ. Хотя имеется много ссылок, что рассматривается и устройство также. Все эти места отмечены нами отдельно

 Например, Устройство, реализующее предложенный способ, может быть выполнено, например, по структурной схеме, приведенной на фиг. 4. .Ещё пример, Диаграмма, иллюстрирующая работу устройства по предлагаемому способу, представлена на фиг. 5.

В разделе библиография аналогов и прототипа приведено 10 ссылок, но только 2 из них(2-я и 6-я ) представляют собой юридически значимые источники.

Формула изобретения включает в свой состав однозвенный вариант. И, несмотря на то, что состав известных процедур значительно меньше, чем отличающихся, отличие описано в общем виде, т.е. формулу даже только на способ можно было выполнить многозвенной.

 Кроме того, устройство, реализующее предложенный способ, вообще отсутствует в формуле. Знали ли все эти особенности авторы патента? Конечно, многие из перечисленных замечаний были им известны. Но работа над способом по многозвенной формуле и присоединение к патенту устройства требовало значительно больше времени и сил, чем у авторов имелось в то время. Даже при такой сжатой формуле им потребовалось трижды участвовать в обсуждении материалов заявки в патентном ведомстве.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074