CZ180897A3 - Řídící zařízení otáček pro elektromotor - Google Patents

Description

Vynález se týká řídícího zařízení otáček pro elektromotor, napájený ze zdroje stejnosměrného napětí se řízeným spínacím zařízením, prostřednictvím kterého je motorové napětí, řízené modulovaným sledem spínacích impulzů, střídavě zapínáno a vypínáno.

Takovéto řídící zařízení otáček může se například použít prčjhořákový motor přídavného topného přístroje vozidla, přičemž hořákový motor pohání ventilátor,kterým je přiváděno množství vzduchu, potřebné pro směs palivo-vzduch.

Aby se dosáhlo optimálního spálení topného paliva, má se udržovat poměr mezi vzduchem a palivem v palivové směsi konstantním. To znamená, že pro vytvoření směsi palivo-vzduch musí se jednak přivésti kon stantní množství paliva za časovou jednotku a jednak konstantní množství vzduchu za časovou jednotku. Aby přivedené množství vzduchu za časovou jednotku zůstalo konstantním, musí se hořákový motor nebo motor venti látoru udržovat na konstantních otáčkách. To ale předpoklttádá konstantní napětí akumulátorové baterie, ze které je přídavný topný přístroj vozidla napájen.

V praxi může napětí akumulátorové baterie vozidla mít relativně velké kolísání. U akumulátorové baterie vozidla se jmenovitým napětím 24 V, jak se na 2 příklad používá pro nákladní automobily nebo autobusy, je velikost kolísání napětí akumulátorové baterie v rozmezí mezi 18 V a 32 V. To vede k odpovídajícímu velkému kolísání otáček motoru ventilátoru a k odpovídajícímu kolísání přiváděného množství vzduchu za časovou jednotku pro přípravu směsi palivo-vzduch.

Do ® ® í &Σ _í ® 2 i

Aby se navzdory těmto silným kolísáním napětí akumulátorové baterie přesto dosáhlo konstantních otá ček ventilátoru, je obvyklé, udržovat otáčky motoru ventilátoru pomocí regulačního obvodu otáček na konstantní žádané hodnotě. Takovýto regulační obvod vy žaduje snímač, který je umístěn na elektromotoru, nebo na oběžném kole dmychadla, které je motorem poháněno a slouží k měření skutečné hodnoty otáček. K tomuto účelu se obvykle používají optické snímače, nebo magne tické snímače. Oba druhy snímačů zvyšují výrobní ná klady a jejich použití je problematické. Problémem optických snímačů je jejich znečištění. Problémem magnetických snímačů je to, že se musí umístit v bezprostřední blízkosti snímaného objektu.

Úkolem vynálezu je, aby se mohly i bez takovýchto snímačů udržovat s nepatrnými výrobními náklady otáčky elektromotoru, napájeného ze zdroje stejnosměrného napětí, i při silném kolísání, konstantními.

Řešení tohoto úkolu spočívá u řídícího zařízení otáček shora uvedeného druhu v tom, že spínací frekvence je větší, nežli frekvence odpovídající motorové časové konstantě elektromotoru a že zapojené motorové napětí je regulováno ovlivňováním modulovaného sledu spínacích impulsů na žádanou hodnotu napětí, odpovídající požadovaným otáčkám motoru.

Modulování sledu spínacích impulsů je výhodně pulzní šířková modulace, může to však také býti pul zní frekvenční modulace, nebo pulzní amplitudová mo dulace.

Protože spínací frekvence má být vyšší, nešli frekvence, odpovídající motorové časové konstantě elektromotoru, znamená t° v dané souvislosti, že se indukčnost motorového vinutí nemá projevit na spínací frekvenci, že -tedy během vypínacích přestávek pulzně šířkově modulovaného sledu spínacích impulzů ne dojde, nebo prakticky nedojde k vybití magnetické energie, uložené během zapínání v indukňnosti vimutí motoru.

Při takto vysoké spínací taktovací frekvenci nemůže se indukčnost vinutí motoru projevit na přípojmých svorkách motoru. Ve vypínacích přestávkách sledu spínacích impulzů nemůže se vybudovat generátorové napětí vyvolané vybitím indukčnosti vinutí motoru.Může se tudíž měřit obdélníkový signál řízeného spínače. Elektromotor chová se při těchto vysokých spínacích, nebo taktovacích frekvencí tak, jako by na motorových přípojích bylo stejnosměrné napětí, které odpovídá střední hodnotě taktovaného, t.j. střídavě zapínaného a vypínaného stejnosměrného napětí. Elektromotor se přitom nezatěžuje více, než kdyby na něm bylo stejno směrné napětí, odpovídající této střední hodnotě.

Podle vynálezu se tak neprovádí regulace otáček nýbrž řízení otáček pomocí regulovaného motorového napětí. Protože otáčky elektromotoru jsou úměrné jeho napětí, projeví se regulované motorové napětí jako regulace otáček. Dostanou se konstantní otáčky motoru, nezávislé na napětí akumulátorové baterie.

Délky a průřezy, elektrických vedení, prostřed nictvím kterých je elektromotor spojen s akumulátorovou baterií vozidla, jsou věcí výrobce vozidla a mohou i»ýt u různých tytpů různé. Stejně tak rozdílné jsou elektrické odpory mezi přípoji akumulátorové baterie vozidla a přípoji motoru. Protože u řídícího zařízení otáček podle vynálezu se měří motorové napětí na přípojích motoru, nebo alespoň v těsné blízkosti přípojů motoru, rozptýlí se vliv rozdílně velkých odporů elektrických spojovacích vedeních mezi baterií vozidla a elektromotorem. Kromě toho se vyregulují tole rance, jevy stárnutí, atd. spínacích komponentů řídícího zařízení otáček.

U jednoho výhodného provedení řídícího zařízení otáček podle vynálezu se regulace napětí realizuje pomocí regulačního obvodu, který obsahuje integrační zařízení, pomocí kterého se integruje taktované napěti motoru pro vytvořenní střední napětové hodnoty, sloužící jako skutečná hodnota, porovnávací zařízení, které porovná skutečnou hodnotu s předem zadanou žádanou hodnotou a regulační zařízení, které v závislosti na výsledku porovnání provede pulzní šířkovou modulaci sledu spínacích impulzů, přivedených spínacímu zařízení.

Výhodně se vyivoří porovnávací zařízení a regu lační zařízení jako mikroprocesor, kterému se přivádí žádaná hodnota jako číslicový signál. V tomto případě se přiřadí integračnímu zařízení analogo/číslicový převodník, který převede analogovou střední hodnotu napětí, vytvořenou integračním zařízením, v číslicovou hodnotu.

U řídícího zařízení otáček podle vynálezu se tedy taktovací poměr spínacích impulzů, přivedených spí nacímu zařízení, reguluje tak, že střední hodnota napětí, taktovaného stejnosměrného napětí, přiváděná elektromotoru, odpovídá předem }zadané žádané hodnotě napětí. Při použití pulzní frekvenční modulace, něho pulzní amplitudové modulace se frekvence, případně amplituda spínacích impulzů, při konstantní spínací době nebo šířce impulzů, řídí tak, že elektromotoru se přivádí taktované stejnosměrné napětí, se střední hodnotou, odpovídající žádané hodnotě.

Odpovídajícím zadáním žádané hodnotyjďnůže se napětí motoru, t.j. střední napětí motoru měnit podle provozního stavu přídavného topného přístroje vozi dla plynule, nebo ve stupních. Například pro měkký rozbě notoru ventilátoru je výhodné, předem zadat žádanou hodnotu pro plynulestoupající průběh napětí. Jinak se může během zapalovacího procesu hořáku topného přístroje prostřednictvím žádané hodnoty zadat v

menší napětí motoru a tím i menší otáčky, nebot pro zapalování hořáku je všeobecně zapotřebí méně vzduchu pro směs pSlivo-vzduch. Po zapálení může se potom množství vzduchu za časovou jednotku, dodávané ventilátorem pomocí pozvolně se zvyšující žádané hodnoty dodnoty, pomalu zvyšovat. Prostřednictvím předem zadané žádané hodnoty může se také řídit topný výkon. Pro motory.ventilátorů, jak se v dnešní době používají v přídavných topných přístrojích vozidla, je zpravidla vhodná spínací frekvence přibližně 20 kHz.

Přehled obrázků na výkrese.

Vynález bude v dalším textu blíže objsaněn na¹ výhodném provedení vynálezu, znázorněného na výkresu.

Příklady provedení_vynálezu.

Obrázek na výkresu ukazuje elektrický stejnosměrný elektromotor 11, který je napájen napětím akumu lát ořové baterie, v případě přídavného topného zařízení vozidla, napětím z akumulátorové baterie 13 vo zidla. Akumulátorová baterie 13 má dva póly 15 a 17, které jsou spojeny se dvěma přípoji 19 a 21 motoru 11. Do spojení mezi pólem 15 akumulátorové baterie 13 a přípojem _19 motoru 11 je sériově zapojen rychlý elektronický spínač 23, u kterého se například může jednat o spínací tranzistor. Tento je ovládán pomocí pulzního šířkově modulovaného sledu spínacích impulzů, takže napětí akumulátorové baterie 13 je s odpovídajícím taktovacím poměrem střídavě zapínáno a vypínáno, ^a přípoje 19 a 21 motoru 11 dostane se tak taktované stejnosměrné napětí, odpovídající tomuto taktovacího poměru. Jeho taktovaci nebo spínací frekvence je například >ve velikostním rozsahu přibli žně 20 kHz.

Taktované stejnosměrné napětí, vyskytující se na přípojích 19 a 21 motoru 11 se přivede integrač nímu zařízení 25, který toto taktované stejnosměrné napětí motoru 11 integruje a tak vytvoří střední ho dnotu taktovaného stejnosměrného napětí motoru 11. K integračnímu zařízení 25 patří neznázorněný analogo/číslicový převodník, taktže na výstupu integračního zařízení 25 je integrovaná střední hodnota taktovaného stejnosměrného napětí motoru 11 číslicové signální hodnoty. Tato pak dospěje na první vstup po rovnávacího a regulčního zařízení 27, kterému se pro· střednictvím druhého vstupu přivede žádaná hodnota jako číslicový signál. Porovnávací a regulační zařízení 27 je výhodně vytvořeno^smikroprocesorem.V něm se porovná číslicová skutečná hodnota z integračního zařízení 25 s číslicovou žádanou hodnotou. Na vý stupu porovnávacího a integračního zařízení 27 vzniká spínací řídicí signál pro elektronický spínač 23, který je pulzně šířkově modulován a sice v závislosti na výsledku porovnání žádané a skutečné hodnoty.Tímto způsobem spíná elektronický spínač 23 stejnosměrné napětí, přicházející od akumulátorové baterie 13 s taktovacím poměrem střídavě zapnuto a vypnut o,který závisí na výsledku porovnání mezi skutečnou a žádanou hodnotou. Jako výsleáek se obdrží střední hodnota taktovaného stejnosměrného napětí motoru 11, která odpovídá předem zadané žádané hodnotě.

Tímto způsobem se řídí pro stejnosměrný mo tor 11 efektivní stejnosměrné napětí na hodnotu na pěti, odpovídající žádané hodnotě, což vede k odpoví dajícím otáčkám stejnosměrného elektrického motoru 11·

Pomocí tohoto regulování napětí mohou se otáčky motoru řídit tak,aby byly konstantní, aniž by byl potřebný snímač pro zachycování otáček motoru.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROK

   L 6 ΙΛ Z l οΐ£οα

   1. Řídící zařízení otáček pro elektromotor, náz.

   f-3 pájený ze zdroje stejnosměrného napětí, se říze-ným spínacím zařízením, prostřednictvím kterého je napětí motoru, řízené modulovaným sledem spínacích impulsů střídavě zapínáno a vypínáno, přičemž spínací frek vence je vyšší nežli frekvence, odpovídající časové _; konstantě elektromotoru, vyznačující se tím, že zapojené napětí motoru je regulováno ovlivňováním modulovaného sledu spínacích impulzů na žádanou hodnotu napětí, odpovídající požadovaným otáčkám motoru.
2. 2. Řídící zařízení otáček podle nároku 1 vy značující se tím, že na přípojích (19, 21) elek tromotoru (11) vyskytující se zapojené napětí je zařízením (25) integrováno na střední hodnotu napětí motoru (11), tvořící skutečnou hodnotu, prostřednictvím porovnávacího obvodu (27) je porovnávaná střední hodnota napětí motoru se žádanou hodnotou napětí a prostřednictvím regulačního zařízení (27) v závislosti na odchylce žádaná hodnota-skutečná hod nota se provede pulzní šířková modulace sledu spínacích impulzů, přivedeného spínacímu zařízení (23).
3. 3. Řídící zařízení otáček podle nároku 2, vyznačující se tím, že integrační zařízení (25) obsahuje analogo/císlicový převodník pro převod analogové střední hodnoty napětí motoru v číslicovou střední hodno10 tu napětí motoru (11) a že porovnávací zařízení a reregulační zařízení (27) jsou vytvořeny s mikropro cesorem, kterému jsou přiváděny jednak číslicová střední hodnota napětí motoru (11) a jednak žádaná hod- i nota napětí y Číslicové formě.

   v
4. 4..^Řídicí zařízení otáček podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že žádaná hodnota napětí je programovatelně měnitelná pro obdržení měnících se otáček motoru (11) pro průběh plynule se zvyšujících rozběhových otáček nebo pro průběh stupňovitě se zvyšujících rozběhových otáček.
5. 5. Řídící zařízení otáček podle některého z nároků 1 až 4^ vyznačující se tím, že spínací frek vence je přibližně 20 kHz.
6. 6. Řídící zařízení otáček podle některého z nároků 1 až 5, wyznačující se tím, že modulace spina nacích impulzů je pulzní šířková modulace.