IT202000029387A1

IT202000029387A1 - Metodi e sistemi per sincronizzare motori sincroni con rete elettrica in base alla posizione dell'albero rilevata

Info

Publication number: IT202000029387A1
Application number: IT102020000029387A
Authority: IT
Inventors: Marco Passeri; Michele Frattoni; Riccardo Bagagli; Simone Bassani
Original assignee: Nuovo Pignone Tecnologie Srl
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2022-06-02
Also published as: CN116670962A; GB2616182A; AU2021391472A1; MX2023006476A; WO2022117224A8; WO2022117224A1; CA3200913A1; GB202308505D0; EP4256689A1; US20240007032A1

Description

TITOLO

Metodi e sistemi per sincronizzare motori sincroni con rete elettrica in base alla posizione dell'albero rilevata

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

[0001] L'oggetto qui divulgato riguarda metodi per sincronizzare motori sincroni con alimentazione elettrica di una rete elettrica e sistemi per avviare e sincronizzare motori sincroni con alimentazione elettrica di una rete elettrica.

STATO DELL?ARTE

[0002] Un motore sincrono ha una pluralit? di poli, ad esempio N poli associati allo statore e N poli associati al rotore. Quando il motore ruota, i poli di rotore ruotano in modo sincrono rispetto ai poli di statore.

[0003] Al fine di avviare un motore sincrono, ossia per cambiare la velocit? del suo rotore da zero alla velocit? nominale del motore, ? noto l'uso di un cosiddetto VFD (= dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile). Un VFD ? un'unit? elettrica/elettronica che pilota gli avvolgimenti del motore (specificatamente in generale, sia gli avvolgimenti di statore sia gli avvolgimenti di eccitazione) fino a quando l'ampiezza di tensione di pilotaggio e la frequenza di tensione di pilotaggio si avvicinano al valore di ampiezza di tensione nominale e al valore di frequenza di tensione nominale del motore; per essere precisi, il VFD porta il motore a una situazione in cui l'ampiezza di tensione di pilotaggio ? uguale al valore di ampiezza di tensione nominale del motore e la frequenza di tensione di pilotaggio ? molto vicina al valore di frequenza di tensione nominale del motore.

Una volta raggiunta tale situazione, il motore pu? essere alimentato direttamente da una rete elettrica (e non pi? dal VFD), purch? il valore di frequenza di tensione e il valore di ampiezza di tensione della rete elettrica corrispondano al valore di ampiezza di tensione nominale e al valore di frequenza di tensione nominale del motore; tuttavia, al fine di evitare malfunzionamenti e/o danni, uno scambio di alimentazione da VFD alla rete richiede che venga soddisfatta almeno un'altra condizione.

[0004] Pertanto, tale scambio di alimentazione dovrebbe essere eseguito soltanto quando una differenza di fase tra l'alimentazione dal dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile e l'alimentazione dalla rete elettrica ? nulla (o praticamente nulla).

[0005] I VFD esistenti eseguono lo scambio di alimentazione summenzionato non appena si raggiunge qualsiasi condizione di allineamento di tensione (ossia ampiezza, frequenza e fase). Come noto, se un motore sincrono ha N poli, vi sono N/2 distinte possibili condizioni di allineamento dei poli entro una rotazione a 360 ? del rotore, e perci?, N/2 condizioni di allineamento di tensione. Ci? significa che una volta terminato l'avviamento del motore e si verifica uno scambio di alimentazione, non ? possibile conoscere quale sia la posizione del rotore del motore rotante.

SOMMARIO

[0006] L'albero di un motore sincrono ? spesso accoppiato meccanicamente all'albero di una macchina, ad esempio un compressore a moto alternativo. In questo caso la mancanza di conoscenza della posizione del rotore corrisponde alla mancanza di conoscenza di una posizione della macchina in qualsiasi momento da quando ? iniziata la fase di avviamento del motore; la posizione operativa della macchina pu? essere ad esempio la posizione esatta del pistone all'interno del cilindro di un compressore a moto alternativo.

[0007] Quindi, sarebbe desiderabile avviare un motore sincrono in modo che la sua posizione di rotore sia conosciuta, preferibilmente conosciuta in modo preciso, subito dopo la fase di avviamento, ossia quando esso inizia ad essere pilotato dall'alimentazione elettrica di una rete elettrica.

[0008] Secondo un primo aspetto, l'oggetto qui divulgato riguarda un metodo per sincronizzare un motore sincrono con alimentazione elettrica di una rete elettrica. Uno scambio dal dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile alla rete elettrica viene eseguito in un momento in cui un rotore del motore si trova in corrispondenza di una posizione angolare predeterminata. In particolare, il metodo comprende le fasi di: A) avviare il motore sincrono fornendo alimentazione al motore sincrono attraverso un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile, B) eseguire ripetutamente il confronto dell'ampiezza di tensione e della frequenza di tensione fornite al motore sincrono con l'ampiezza di tensione e la frequenza di tensione dell'alimentazione elettrica e C) se il confronto ? positivo e quando la differenza di fase ? nulla, eseguire lo scambio al momento summenzionato.

[0009] Secondo un secondo aspetto, l'oggetto qui divulgato riguarda un sistema per avviare e sincronizzare motori sincroni con alimentazione elettrica di una rete elettrica. Il sistema include un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato per avviare ciascuno dei motori pilotando appropriatamente i loro avvolgimenti di statore e i loro avvolgimenti di eccitazione. Il sistema include inoltre un deviatore elettrico per ciascun motore che viene pilotato dal dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato cos? da accoppiare selettivamente avvolgimenti di statore del motore con un'uscita di alimentazione del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile o con la rete elettrica in base a segnali ricevuti in corrispondenza di un ingresso di controllo del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato.

[0010] Secondo un terzo aspetto, l'oggetto qui divulgato riguarda un impianto di compressione di fluido includente motori sincroni e un compressore accoppiato meccanicamente a ciascuno dei motori. L'impianto include inoltre un sistema migliorato per avviare e sincronizzare ciascuno dei motori. Il sistema migliorato ? atto ad avviare i motori in modo che quando tutti i motori sono alimentati dalla stessa rete elettrica i compressori pilotati si trovino in corrispondenza di posizioni operative relative predeterminate tra loro.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[0011] Le forme di realizzazione dell'invenzione divulgate saranno apprezzate in modo pi? completo e molti dei loro rispettivi vantaggi saranno ottenuti prontamente grazie a una migliore comprensione delle stesse facendo riferimento alla seguente descrizione dettagliata considerata congiuntamente ai disegni allegati, in cui:

La Fig. 1 mostra un diagramma a blocchi di una forma di realizzazione di un sistema migliorato per avviare e sincronizzare motori sincroni collegati elettricamente a una rete elettrica e a una pluralit? di motori sincroni;

La Fig. 2 mostra un diagramma a blocchi di un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato collegato elettricamente ad alcuni componenti del sistema di Fig. 1 usati per commutare alimentazione a un motore sincrono; La Fig. 3 mostra un diagramma a blocchi dettagliato del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato di Fig.2;

La Fig. 4 mostra diagrammi di tempo di segnali elettrici nel sistema di Fig. 1 relativi a uno scambio di alimentazione di un motore sincrono;

La Fig. 5 mostra un diagramma di flusso di una forma di realizzazione di un metodo per sincronizzare motori sincroni con alimentazione elettrica di una rete elettrica; e

La Fig. 6 mostra un diagramma a blocchi generale di una forma di realizzazione di un impianto di compressione di fluido.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME DI REALIZZAZIONE

[0012] Un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile ? in grado di avviare un motore sincrono. Esso fornisce elettricit? agli avvolgimenti di statore e agli avvolgimenti di eccitazione del motore. L'ampiezza di tensione e la frequenza di tensione dell'elettricit? vengono aumentate fino a quando sono vicine al valore di ampiezza di tensione nominale e al valore di frequenza di tensione nominale del motore. Una volta soddisfatta questa condizione, il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile ? pronto per eseguire uno scambio di alimentazione, ossia per collegare il motore a una rete elettrica in modo che il motore riceva elettricit? dalla rete elettrica e non pi? dal dispositivo di pilotaggio, quando la differenza di fase ? nulla. Secondo il presente miglioramento inventivo, tale scambio di alimentazione non viene eseguito in qualsiasi momento, ad esempio immediatamente dopo aver raggiunto il valore di ampiezza di tensione nominale e il valore di frequenza di tensione nominale, ma quando l'albero del motore si trova in corrispondenza di una posizione predeterminata come indicato ad es. da un sensore o rilevatore appropriato. In questo modo, qualsiasi macchina collegata all'albero del motore e fatta funzionare dal motore ? sincronizzata con la rete elettrica come desiderato.

[0013] Si far? ora riferimento a forme di realizzazione della divulgazione, un esempio della quale ? illustrato nei disegni. L'esempio ? fornito a titolo di spiegazione della divulgazione, non di limitazione. Infatti, risulter? evidente ai tecnici del ramo che ? possibile apportare varie modifiche e varianti alla presente divulgazione senza discostarsi dalla portata o dallo spirito della divulgazione.

[0014] La Fig. 1 mostra una forma di realizzazione di un sistema di avvio e sincronizzazione 100. Il sistema 100 ? accoppiato elettricamente a una rete elettrica 20 e a una pluralit? di motori sincroni 10; viste dettagliate parziali di questa forma di realizzazione sono mostrate nella Fig. 2 e Fig. 3. Secondo questa forma di realizzazione sono previsti quattro motori identici 10; tuttavia, il sistema 100 pu? essere usato per avviare e sincronizzare qualsiasi numero di motori sincroni identici o simili tra loro (ad esempio aventi lo stesso numero di coppie di poli). La rete elettrica 20 ? una fonte di alimentazione CA ed ? usata per alimentare motori 10 sia durante l'avviamento sia durante il normale funzionamento; la rete elettrica alimenta direttamente un motore durante il normale funzionamento e indirettamente, ossia attraverso un dispositivo di pilotaggio elettrico, durante l'avviamento.

[0015] Nella Fig. 1, alcuni componenti del motore 10 sono evidenziati e associati a numeri di riferimento in quanto sono utili per comprendere la seguente divulgazione, mentre altri componenti sono omessi. In particolare, un motore 10 include avvolgimenti di statore 12 (mostrati schematicamente come cerchi neri), avvolgimenti di eccitazione 14 e un'unit? elettrica di eccitazione 45 che ? collegata elettricamente agli avvolgimenti di eccitazione 14 e che ? atta a generare tensioni di alimentazione elettrica e correnti di alimentazione elettrica adatte per gli avvolgimenti di eccitazione del motore sincrono. Si noti che l'unit? elettrica di eccitazione ? spesso considerata parte del motore sincrono; tuttavia essa pu? anche essere un componente separato.

[0016] Essenzialmente, il sistema 100 include un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 e uno o pi? deviatori elettrici (combinazione di elementi 61 e 63); dovrebbe esservi un deviatore elettrico per ciascun motore sincrono, come mostrato nella Fig. 1, che funziona nello stesso modo ed esegue le stesse funzioni. Un deviatore elettrico ? un componente elettrico che ? configurato per deviare l'elettricit? tra due percorsi elettrici; secondo la forma di realizzazione della Fig. 1, il deviatore elettrico include due interruttori elettrici associati tra loro, ossia un primo interruttore elettrico 61 e un secondo interruttore elettrico 63.

[0017] Il deviatore elettrico ? atto ad accoppiare selettivamente elettricamente gli avvolgimenti di statore di un motore sincrono con un'uscita di alimentazione del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile o con la rete elettrica. In particolare, il primo interruttore elettrico 61 ? atto ad accoppiare selettivamente avvolgimenti di statore 12 con la rete elettrica 20 e il secondo interruttore elettrico 63 ? atto ad accoppiare selettivamente avvolgimenti di statore 12 con un'uscita di alimentazione 33 del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile 30. Gli interruttori 61 e 63 possono essere disposti in modo tale che avvolgimenti di statore 12 di un motore sincrono 10 siano accoppiati elettricamente solo a una fonte di elettricit? allo stesso momento; secondo una prima alternativa, gli interruttori 61 e 63 sono disposti in modo tale che gli avvolgimenti di statore 12 siano accoppiati elettricamente al dispositivo di pilotaggio 30, infine alla rete 20, e per un breve intervallo di tempo intermedio a entrambe le fonti di elettricit?; secondo una prima alternativa, gli interruttori 61 e 63 sono disposti in modo tale che gli avvolgimenti di statore 12 siano accoppiati elettricamente al dispositivo di pilotaggio 30, infine alla rete 20 e per un breve intervallo di tempo intermedio ad alcuna fonte di elettricit?.

[0018] Un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 ? accoppiato elettricamente alla rete elettrica 20 al fine di ricevere alimentazione elettrica dalla rete e di pilotare sia gli avvolgimenti di statore sia gli avvolgimenti di eccitazione di un motore sincrono in un momento; alimentazione elettrica viene immessa al terminale 31; i segnali di pilotaggio per gli avvolgimenti di eccitazione vengono emessi dal terminale 32 e i segnali di pilotaggio per gli avvolgimenti di statore vengono emessi dal terminale 33.

[0019] Secondo la forma di realizzazione di Fig. 1, il terminale 33 corrisponde a un'uscita di alimentazione del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30; infatti, ad esempio, il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 ? in grado di generare direttamente tensioni di alimentazione elettrica e correnti di alimentazione elettrica adatte agli avvolgimenti di statore di un motore sincrono.

[0020] Secondo la forma di realizzazione di Fig. 1, il terminale 32 corrisponde a un'uscita di eccitazione del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile 30; infatti, ad esempio, il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 non ? in grado di generare direttamente tensioni di alimentazione elettrica e correnti di alimentazione elettrica adatte agli avvolgimenti di eccitazione di un motore sincrono, ma ? accoppiato elettricamente all'unit? elettrica di eccitazione 45 di un motore sincrono usata per generare direttamente tensioni di alimentazione elettrica e correnti di alimentazione elettrica adatte per gli avvolgimenti di eccitazione di un motore sincrono. Tale soluzione pu? essere usata se il motore sincrono ha una propria unit? elettrica di eccitazione integrata o associata. In alternativa, un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile pu? essere in grado di generare direttamente tensioni di alimentazione elettrica e correnti di alimentazione elettrica adatte agli avvolgimenti di eccitazione di un motore sincrono.

[0021] Secondo la forma di realizzazione di Fig. 1, l'unit? elettrica di eccitazione 45 di un motore sincrono ? atta a ricevere segnali di eccitazione dal dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 durante l'avviamento e da un'unit? di controllo esterna 40 (si veda Fig. 2) durante il normale funzionamento; di fatto, essa ha due ingressi di eccitazione. Il dispositivo di pilotaggio 30 e l'unit? 40 possono coordinare in modo tale da evitare di inviare segnali di eccitazione all'unit? 45 nello stesso momento; in alternativa, pu? essere usato un deviatore elettrico (non mostrato nella Fig. 1). L'unit? di controllo 40 pu? far parte di un'unit? di controllo di macchinario, ossia un'unit? di controllo atta a controllare non solo motori sincroni 10.

[0022] Un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 funziona solo durante l'avviamento di un motore sincrono 10. In particolare, secondo la forma di realizzazione di Fig. 1, il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile 30 pu? avviare un primo motore 10, successivamente una volta che il primo motore 10 ? alimentato direttamente dalla rete elettrica 20 pu? avviare un secondo motore 10, successivamente una volta che il secondo motore 10 ? alimentato direttamente dalla rete elettrica 20 pu? avviare un terzo motore 10, successivamente una volta che il terzo motore 10 ? alimentato direttamente dalla rete elettrica 20 pu? avviare un quarto motore 10, e poi una volta che il quarto motore 10 ? alimentato direttamente dalla rete elettrica 20 pu? rimanere inattivo; come gi? chiarito, il numero di motori da avviare pu? essere uno o due o tre o quattro o un numero qualsiasi superiore.

[0023] Si noti che in Fig. 1, per semplicit? e chiarezza, sono mostrati solo il collegamento elettrico (di alimentazione) tra il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 e un motore 10 (vale a dire quello a sinistra nella figura); esistono collegamenti simili con gli altri motori 10.

[0024] Va notato anche che in Fig. 1 sono mostrati alcuni interruttori elettrici senza numeri di riferimento e alcuni trasformatori elettrici senza numeri di riferimento che non sono strettamente necessari per la forma di realizzazione mostrata e sono secondo la pratica consueta nella tecnica.

[0025] Come mostrato nella Fig. 3, il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile 30 ha altri terminali, in particolare un terminale 35 per un ingresso di controllo e terminali 36 per uscite di controllo per motori sincroni 10; questi terminali e i loro collegamenti elettrici non sono mostrati in Fig. 1 e Fig. 2 per semplicit? e chiarezza; essi sono spiegati in quanto segue con l'ausilio della Fig. 3.

[0026] Un'uscita di controllo fornisce segnali di commutazione a un deviatore elettrico associato a un motore 10; in altre parole, il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 ? atto a determinare se avvolgimenti di statore 12 di un motore sincrono 10 ricevono alimentazione dall'uscita elettrica 33 o dalla rete elettrica 20 e per eseguire una commutazione di alimentazione tra di essi. Si noti che la stessa uscita di controllo pu? essere usata per vari motori 10; ad esempio, durante un primo periodo di tempo essa pu? essere usata per un primo motore, durante un secondo periodo di tempo successivo al primo periodo di tempo essa pu? essere usata per un secondo motore, e cos? via. Nella Fig. 3, due terminali 36 sono rappresentati come accoppiati elettricamente rispettivamente a un ingresso di controllo 62 del primo interruttore elettrico 61 e un ingresso di controllo 64 del secondo interruttore elettrico 63; secondo forme di realizzazione alternative, un singolo terminale 36 pu? essere sufficiente se il segnale di controllo per l'interruttore 61 ? esattamente opposto al segnale di controllo per l'interruttore 63.

[0027] L'ingresso di controllo 35 riceve segnali di abilitazione di commutazione da un'unit? di abilitazione di commutazione; in altre parole, il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 ? atto a eseguire la commutazione di alimentazione soltanto se ? abilitato (o autorizzato) da un'unit? esterna. Va notato che, secondo alcune forme di realizzazione, l'unit? di abilitazione di commutazione pu? essere integrata in un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile dell'invenzione.

[0028] Come rappresentato nella Fig. 3, il sistema 100 include un'unit? di abilitazione di commutazione 50 avente un ingresso di controllo 51 e un'uscita di controllo 52. L'uscita di controllo 52 ? accoppiata elettricamente all'ingresso di controllo 35 di dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30. L'ingresso di controllo 51 ? accoppiato elettricamente a un rilevatore 17; questo rilevatore ? atto a rilevare una posizione angolare di un motore sincrono 10, preferibilmente solo una posizione angolare predeterminata. Come verr? spiegato meglio nel seguito, l'unit? 50 genera segnali di abilitazione di commutazione in base alla posizione angolare dell'albero del motore pilotato dal dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30; in altre parole, la commutazione di alimentazione avviene solo quando l'albero del motore si trova in corrispondenza di una posizione predeterminata. Il rilevatore 17 pu? essere parte di una stazione di misurazione atta a rilevare non solo una posizione angolare specifica, ma anche ad esempio la velocit? di rotazione del motore.

[0029] Come gi? spiegato, i dispositivi di pilotaggio a frequenza variabile dell'arte antecedente eseguono la commutazione di alimentazione non appena viene raggiunta qualsiasi condizione di allineamento della tensione del motore sincrono di avvio.

[0030] Al contrario, il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile dell'invenzione, come il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile 30, esegue la commutazione di alimentazione tenendo conto di un'ulteriore condizione in base alla posizione angolare dell'albero motore. La logica di controllo interna al dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 pu? essere equiparata a una porta logica AND avente quattro ingressi logici, uno per ciascuna condizione da soddisfare, vale a dire la differenza di fase che ? nulla o molto piccola (condizione determinata dalla circuiteria interna al dispositivo di pilotaggio), la differenza di ampiezza di tensione che ? nulla o molto piccola (condizione determinata dalla circuiteria interna al dispositivo di pilotaggio), la differenza di frequenza di tensione che ? al di sotto di una soglia predeterminata (condizione determinata dalla circuiteria interna al dispositivo di pilotaggio) e la commutazione che viene abilitata (condizione immessa al dispositivo di pilotaggio); queste condizioni saranno meglio spiegate in seguito.

[0031] Il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile dell'invenzione 30 pu? essere implementato, ad esempio, essenzialmente attraverso una combinazione di un modello di convertitore di frequenza statico, ad es. tipo "LCI Megadrive" di ABB e un modello di sistema di eccitazione, ad es. tipo "UNITROL 1020" di ABB. Tale sistema di eccitazione ? in grado, tra l'altro, di pilotare tale convertitore a frequenza statica per eseguire un accoppiamento di tensione prima della sincronizzazione. Il segnale di pilotaggio da tale sistema di eccitazione pu? essere combinato con un altro segnale da un'uscita di controllo (ad es. terminale 52 nella Fig. 3) di un'unit? di abilitazione di commutazione (ad es. unit? 50 nella Fig. 3) in modo che tale convertitore a frequenza statica sia pilotato tenendo conto non solo dell'accoppiamento di tensione ma anche della posizione del rotore.

[0032] Considerando, ad esempio, la Fig. 4, si suppone che al tempo t0 (e in qualsiasi momento successivo) un primo motore di pilotaggio di segnale sinusoidale 10 sia tale per cui l'ampiezza di tensione di pilotaggio in corrispondenza dell'uscita di alimentazione 33 del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile 30 sia uguale all'ampiezza di tensione di un segnale sinusoidale di rete 20 e che la frequenza di tensione di pilotaggio in corrispondenza dell'uscita di alimentazione 33 del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile 30 sia molto vicina al valore di frequenza di tensione del segnale sinusoidale di rete 20 (ad esempio la differenza di frequenza pu? essere 0,1-0,2 Hz); tale condizione viene raggiunta grazie al funzionamento del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile 30. Al tempo t1, la differenza di fase elettrica tra il segnale di pilotaggio sinusoidale e il segnale di rete sinusoidale ? zero; in un breve intervallo di tempo st1 attorno al tempo t1, la differenza di fase ? approssimativamente zero e la sincronizzazione ? possibile. In questa condizione A1 si pu? ipotizzare ad esempio una "posizione di rotore" di approssimativamente 0? (ossia una prima condizione del rotore rispetto a un riferimento arbitrario). Al tempo t2, la differenza di fase elettrica tra il segnale di pilotaggio sinusoidale e il segnale di rete sinusoidale ? di nuovo zero; in un breve intervallo di tempo st2 attorno al tempo t2, la differenza di fase ? approssimativamente zero e di nuovo la sincronizzazione ? possibile. In questa condizione A2 si pu? ipotizzare ad esempio una "posizione di rotore" di approssimativamente PHI (corrispondente a 360? diviso per il numero di coppie di poli del motore) (ossia una seconda condizione del rotore rispetto a un riferimento arbitrario). Al tempo t3, la differenza di fase elettrica tra il segnale di pilotaggio sinusoidale e il segnale di rete sinusoidale ? di nuovo zero; in un breve intervallo di tempo st3 attorno al tempo t3, la differenza di fase ? approssimativamente zero e di nuovo la sincronizzazione ? possibile. In questa condizione A3 si pu? ipotizzare ad esempio una "posizione di rotore" di approssimativamente 2*PHI (ossia una terza condizione del rotore rispetto a un riferimento arbitrario). Al tempo t4, la differenza di fase elettrica tra il segnale di pilotaggio sinusoidale e il segnale di rete sinusoidale ? di nuovo zero; in un breve intervallo di tempo st4 attorno al tempo t4, la differenza di fase ? approssimativamente zero e di nuovo la sincronizzazione ? possibile. In questa condizione A4 si pu? ipotizzare ad esempio una "posizione di rotore" di approssimativamente 3*PHI (ossia una quarta condizione del rotore rispetto a un riferimento arbitrario). Al tempo t5, la differenza di fase tra il segnale di pilotaggio sinusoidale e il segnale di rete sinusoidale ? di nuovo zero; in un breve intervallo di tempo st5 attorno al tempo t5, la differenza di fase ? approssimativamente zero e di nuovo la sincronizzazione ? possibile. In questa condizione A5 si pu? ipotizzare ad esempio una "posizione di rotore" di approssimativamente 4*PHI (ossia una quinta condizione del rotore rispetto a un riferimento arbitrario). Gli intervalli di tempo brevi summenzionati st1, st2, st3, st4, st5 possono essere uguali ad esempio uno o due o tre periodi del segnale di rete sinusoidale o nell'intervallo ad es., da 50 ms a 300 ms. Entro intervalli di tempo lunghi lt1, lt2, lt3, lt4 rispettivamente tra t1 e t2, t2 e t3, t3 e t4, t4 e t5, la differenza di fase non ? nulla e non ? possibile la sincronizzazione; la lunghezza di tali intervalli di tempo lunghi lt1, lt2, lt3, lt4 potrebbe essere nell'intervallo da, ad es., 2 s ad, ad es. 10 s. L'unit? di abilitazione di commutazione 50 sceglie la "posizione di rotore" desiderata per il primo motore 10, (secondo l'esempio di Fig. 4, ? uguale a uno spostamento di fase meccanica di 2*PHI) e genera un segnale di abilitazione di commutazione che viene trasmesso in corrispondenza dell'uscita di controllo 52 dell'unit? 50 (si veda un diagramma temporale corrispondente nella Fig. 4) e che viene ricevuto in corrispondenza dell'ingresso di controllo 35 del dispositivo di pilotaggio 30. Come si pu? vedere nella Fig. 4, il segnale di abilitazione di commutazione ha un breve impulso ogni volta che la "posizione di rotore" corrisponde esattamente a uno spostamento di fase meccanico di, ad es., 2*PHI; la commutazione deve avvenire in corrispondenza di uno di questi impulsi ma solo se ? possibile la sincronizzazione (durante l'intervallo di tempo st3 in questo caso). L'unit? di abilitazione di commutazione 50 determina la "posizione di rotore" in base a un segnale ricevuto in corrispondenza del suo ingresso di controllo 51 dal rilevatore 17. Il rilevatore 17 pu? generare un breve impulso ogni volta che la "posizione di rotore" corrisponde esattamente al riferimento arbitrario.

[0033] La Fig. 5 mostra un diagramma di flusso 500 di una forma di realizzazione specifica di un metodo per sincronizzare un motore sincrono con alimentazione elettrica di una rete elettrica come uno dei motori 10 nella Fig. 1. Specificatamente, questo diagramma di flusso si riferisce a una fase di avviamento; il blocco 510 corrisponde all'inizio della fase e il blocco 580 corrisponde al termine della fase. Al blocco 520, un motore sincrono viene alimentato da un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile in modo che il motore cominci a ruotare. Al blocco 530, la frequenza di tensione di pilotaggio e/o l'ampiezza di tensione di pilotaggio ? un po' aumentata dal dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile. Al blocco 540, la frequenza di tensione di pilotaggio e l'ampiezza di tensione di pilotaggio vengono confrontate con la frequenza di tensione nominale del motore e l'ampiezza di tensione nominale del motore; se la differenza ? nulla o piccola, il controllo si sposta in avanti al blocco 550; altrimenti, il controllo si sposta all'indietro al blocco 540. Al blocco 550 viene testata una condizione di allineamento di tensione (ampiezza, frequenza e fase); se vi ? tale condizione, il controllo si sposta in avanti al blocco 560; altrimenti, il controllo ritorna indietro e dopo un certo tempo si ripete il test 550. Al blocco 560, viene testata una posizione angolare di albero (derivante ad es. da un rilevatore di posizione angolare); se la posizione angolare di albero ? una posizione desiderata, il controllo si sposta in avanti al blocco 570; altrimenti, il controllo ritorna indietro e dopo un certo tempo si ripete il test 550. Al blocco 570, viene eseguito uno scambio di alimentazione in modo che il motore sia alimentato dalla rete elettrica e non pi? dall'pilotaggio a frequenza variabile.

[0034] La procedura di cui sopra pu? essere ripetuta, ad esempio, per tutti i motori 10 nella Fig. 1. In questo caso, le posizioni angolari desiderate dell?albero dei motori possono essere diverse. In alternativa, le posizioni angolari desiderate dell?albero dei motori possono essere le stesse.

[0035] In generale, un metodo per sincronizzare un motore sincrono con alimentazione elettrica di una rete elettrica comprende le fasi di:

A) avviare il motore sincrono fornendo alimentazione al motore sincrono attraverso un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile, in modo tale che un'ampiezza di tensione fornita al motore sincrono sia innalzata verso un'ampiezza di tensione nominale del motore sincrono e una frequenza di tensione fornita al motore sincrono sia innalzata verso una frequenza di tensione nominale del motore sincrono,

B) eseguire ripetutamente un confronto dell'ampiezza di tensione fornita al motore sincrono con l'ampiezza di tensione dell'alimentazione elettrica e un confronto della frequenza di tensione fornita al motore sincrono con la frequenza di tensione dell'alimentazione elettrica, e

C) se il confronto ? positivo, eseguire uno scambio di alimentazione arrestando la fornitura di alimentazione al motore sincrono attraverso il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile e iniziando la fornitura di alimentazione al motore sincrono dalla rete elettrica.

[0036] Alla fase C, il confronto ? positivo se l'ampiezza di tensione fornita ? uguale o approssimativamente uguale (ad esempio, inferiore a circa il 3%) all'ampiezza di tensione nominale o all'ampiezza di tensione di rete e la frequenza di tensione fornita ? vicina (ad esempio, inferiore a circa lo 0,5% o circa 0,1-0,2 Hz) alla frequenza di tensione nominale o alla frequenza di tensione di rete; si presume che l'ampiezza di tensione nominale corrisponda all'ampiezza di tensione di rete e che la frequenza di tensione nominale corrisponda alla frequenza di tensione di rete. Grazie alla piccola differenza tra la frequenza di tensione fornita e la frequenza di tensione di rete, il motore cambia lentamente il suo stato di sincronizzazione rispetto alla rete e si pu? scegliere esattamente quando sincronizzare (considerare ad esempio la Fig. 4 e la sua spiegazione), ossia quando la differenza di fase tra l'alimentazione dal dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile e l'alimentazione dalla rete elettrica ? nulla o praticamente nulla (ad esempio, minore di circa 2?).

[0037] Inoltre, secondo tale metodo, lo scambio di alimentazione viene eseguito quando un rotore del motore sincrono si trova in corrispondenza di una posizione angolare predeterminata. La posizione angolare predeterminata pu? essere considerata corrispondere a uno stato di sincronizzazione predeterminato del motore rispetto alla rete elettrica.

[0038] La posizione angolare predeterminata quando si esegue lo scambio di alimentazione pu? essere selezionata da una serie di posizioni angolari predeterminate.

[0039] La posizione angolare predeterminata pu? essere selezionata da un operatore ad esempio durante l'installazione del motore o in un'operazione di manutenzione. In questo caso, facendo riferimento alla Fig. 1 e alla Fig. 2, si pu? presumere che il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 sia atto a ricevere (direttamente o indirettamente) input da un operatore. In questo caso la posizione angolare predeterminata per un motore rimane la stessa per un tempo lungo (ad esempio un anno o ancora di pi?).

[0040] In alternativa, la posizione angolare predeterminata pu? essere selezionata in base all'input da un'unit? di controllo elettronica. In questo caso, facendo riferimento alla Fig. 1 e alla Fig. 2, si pu? presumere che il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato 30 sia atto a ricevere input da un'unit? di controllo elettronica. In questo caso, la posizione angolare predeterminata per un motore pu? cambiare piuttosto frequentemente (ad esempio una settimana o un giorno o anche meno) e/o in qualsiasi momento.

[0041] Va notato che una variazione della summenzionata posizione angolare predeterminata non ha un effetto immediato sull'pilotaggio del motore e sul suo stato di sincronizzazione rispetto alla rete elettrica. Di fatto, tale posizione viene usata quando si verifica la commutazione di alimentazione; ossia una volta che il motore viene alimentato direttamente dalla rete elettrica (ossia con riferimento all'esempio della Fig. 1, l'interruttore 63 ? aperto e l'interruttore 61 ? chiuso), qualsiasi variazione di tale posizione avr? effetto soltanto alla sincronizzazione successiva del motore con la rete elettrica.

[0042] Come gi? spiegato, secondo la presente divulgazione, la commutazione di alimentazione nella fase C pu? essere eseguita soltanto in determinate condizioni (considerare, ad esempio, i blocchi 550 e 560 nella Fig. 5 e la loro spiegazione); una della condizione ? una condizione di posizione angolare dell'albero. Al fine di verificare tale condizione (considerare ad esempio il blocco 560 nella Fig. 5 e la sua spiegazione), pu? essere eseguita una fase D consistente nel rilevamento della posizione angolare del motore sincrono durante la rotazione del motore sincrono; in base alla posizione angolare rilevata pu? essere deciso uno scambio di alimentazione. Lo scambio di alimentazione pu? essere eseguito anche in base a un lasso di tempo a partire dalla posizione angolare rilevata. Si noti che sebbene la lettera "D" segua le lettere "A", "B" e "C", il rilevamento della posizione angolare dell'albero di motore pu? essere eseguito non solo in qualsiasi momento di allineamento della tensione o dopo che il motore sta ruotando completamente, ma pu? essere avviato quando il motore inizia a ruotare e continuare successivamente.

[0043] Almeno la fase A, la fase B e la fase C ed eventualmente la fase D possono essere eseguite per almeno un altro motore sincrono dopo il completamento della fase C per un primo motore sincrono. Ci? significa sincronizzare una serie di motori sincroni alla stessa rete elettrica.

[0044] Un'applicazione vantaggiosa del sistema descritto sopra e/o del metodo descritto sopra ? in impianti di compressione di fluido, ad esempio l'impianto 1000 nella Fig. 6.

[0045] Nella Fig. 6, a titolo di esempio, sono mostrati due motori sincroni 10 aventi i loro alberi accoppiati meccanicamente rispettivamente a due compressori 600. Tuttavia, ? possibile qualsiasi numero di motori e/o qualsiasi numero di compressori. Inoltre, motori e compressori non sono necessariamente identici. Tale soluzione ? particolarmente efficace se questi compressori sono compressori a moto alternativo in quanto in un compressore a moto alternativo, la posizione angolare del suo albero corrisponde a una posizione longitudinale del suo pistone e a una pressione nella sua camera di compressione.

[0046] Nella forma di realizzazione della Fig. 6, ? presente un rilevatore di posizione angolare dell'albero 17 per ciascun motore sincrono 10; ciascun rilevatore di posizione angolare 17 ? accoppiato elettricamente a una stessa unit? di abilitazione di commutazione (si veda ad esempio il blocco 50 nella Fig. 2) del sistema di sincronizzazione 100 che pu? essere denominato sistema di sincronizzazione "principale".

[0047] Il sistema 100 consente di sincronizzare opportunamente i compressori alla rete elettrica nonch? tra di essi. Ad esempio, considerando il caso di quattro motori sincroni e corrispondenti quattro compressori a moto alternativo (si veda ad es. la Fig. 1), durante il normale funzionamento, ad un certo momento il primo compressore pu? essere a compressione circa 0 e il secondo compressore pu? essere a circa il 33% della sua compressione massima e il terzo compressore pu? essere a circa il 66% della sua compressione massima e il quarto compressore pu? essere alla compressione massima; in un certo momento successivo il primo compressore pu? essere a circa il 33% della sua compressione massima e il secondo compressore pu? essere a circa il 66% della sua compressione massima e il terzo compressore pu? essere alla compressione massima e il quarto compressore pu? essere a circa 33% della sua compressione massima; e cos? via.

[0048] Nella Fig. 6, un albero del compressore pu? essere accoppiato meccanicamente a un albero del motore sincrono attraverso un accoppiatore meccanico (non mostrato nella figura). In particolare, l'accoppiatore meccanico pu? essere atto ad accoppiare gli alberi in una pluralit? di posizioni diverse, ciascuna posizione diversa corrispondente a un diverso angolo di rotazione tra gli alberi. In questo modo, la sincronizzazione dei compressori alla rete elettrica e tra di essi pu? essere determinata non solo attraverso il sistema di sincronizzazione 100 ma anche manualmente.

[0049] Occorre notare che il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile migliorato del sistema di sincronizzazione pu? essere atto ad ignorare selettivamente segnali di abilitazione di commutazione dal suo ingresso di controllo. Questa caratteristica pu? essere utile ad esempio durante la manutenzione o se il sistema di sincronizzazione non funziona correttamente o se in alcune condizioni operative la sincronizzazione si ottiene in modo diverso, ad esempio soltanto attraverso mezzi meccanici.

[0050] Nella forma di realizzazione della Fig. 6, in aggiunta al sistema di sincronizzazione 100, vi ? un secondo sistema di sincronizzazione 200 identico o quasi identico al sistema 100. Il sistema 200 ? atto ad agire come sistema di sincronizzazione di backup del sistema in caso il sistema 100 sia difettoso o inattivo.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Metodo per sincronizzare un motore sincrono con alimentazione elettrica di una rete elettrica, il metodo comprendendo le fasi di:

B) eseguire ripetutamente un confronto dell'ampiezza di tensione fornita al motore sincrono con l'ampiezza di tensione dell'alimentazione elettrica e un confronto della frequenza di tensione fornita al motore sincrono con la frequenza di tensione dell'alimentazione elettrica,

C) se il confronto ? positivo, eseguire uno scambio di alimentazione arrestando la fornitura di alimentazione al motore sincrono attraverso il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile e iniziando la fornitura di alimentazione al motore sincrono dalla rete elettrica;

in cui lo scambio di alimentazione viene eseguito se vengono soddisfatte sia una prima condizione sia una seconda condizione, la prima condizione viene soddisfatta quando una differenza di fase tra l'alimentazione dal dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile e l'alimentazione dalla rete elettrica ? nulla e la seconda condizione viene soddisfatta quando un rotore del motore sincrono si trova in corrispondenza di una posizione angolare predeterminata.

2. Metodo della rivendicazione 1, in cui la posizione angolare predeterminata ? selezionata da una serie di posizioni angolari predeterminate.

3. Metodo della rivendicazione 2, in cui l'insieme di posizioni angolari predeterminate comprende una posizione angolare per ciascuna coppia di poli del motore sincrono.

4. Metodo della rivendicazione 2 o 3, in cui la posizione angolare predeterminata ? selezionata da una serie di posizioni angolari predeterminate in base all'input da parte di un operatore e/o di un'unit? di controllo elettronica.

5. Metodo di qualsiasi rivendicazione precedente, comprendente inoltre la fase di:

D) rilevare una posizione angolare del motore sincrono durante la rotazione del motore sincrono;

in cui lo scambio di alimentazione viene eseguito in base alla posizione angolare rilevata.

6. Metodo della rivendicazione 5,

in cui lo scambio di alimentazione viene eseguito anche in base a un lasso di tempo a partire dalla posizione angolare rilevata.

7. Metodo di qualsiasi rivendicazione precedente, in cui almeno la fase A, la fase B e la fase C sono eseguite per almeno un altro motore sincrono dopo il completamento della fase C per il motore sincrono.

8. Sistema (100) atto ad avviare e sincronizzare motori sincroni (10) con alimentazione elettrica di una rete elettrica (20), il sistema comprendendo un dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile (30) avente:

- un ingresso di alimentazione (31) atto a essere accoppiato elettricamente alla rete elettrica (20),

- un'uscita di eccitazione (32) atta a essere accoppiata elettricamente ad avvolgimenti di eccitazione (14) di motori sincroni (10),

- un'uscita di alimentazione (33) atta a essere accoppiata elettricamente ad avvolgimenti di statore (12) di motori sincroni (10),

- un ingresso di controllo (35) atto a immettere segnali di abilitazione di commutazione, e

- un'uscita di controllo (36) atta a emettere segnali di commutazione, in cui il dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile (30) ? atto ad avviare motori sincroni (10);

il sistema comprendendo inoltre un deviatore elettrico (61, 63) per ciascun motore sincrono (10), il deviatore elettrico (61, 63) essendo atto ad accoppiare selettivamente avvolgimenti di statore (12) di motori sincroni (10) con l'uscita di alimentazione (33) del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile (30) o con la rete elettrica (20);

in cui il deviatore elettrico (61, 63) ha un ingresso di controllo (62, 64) accoppiato all'uscita di controllo (36) del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile (30).

9. Sistema (100) delle rivendicazioni 8, comprendente inoltre un'unit? di abilitazione di commutazione (50) avente un ingresso di controllo (51) e un'uscita di controllo (52),

in cui l'ingresso di controllo (51) ? atto a essere accoppiato elettricamente a rilevatori di posizione angolare di albero (17) di motori sincroni (10),

in cui l'uscita di controllo (52) ? accoppiata elettricamente all'ingresso di controllo (35) del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile (30).

10. Sistema (100) della rivendicazione 8 o 9, in cui il deviatore elettrico (61, 62) comprende:

- un primo interruttore elettrico (61) atto a essere accoppiato elettricamente alla rete elettrica (20), e

- un secondo interruttore elettrico (63) accoppiato elettricamente all'uscita di alimentazione (33) del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile (30).

11. Sistema (100) della rivendicazione 8 o 9 o 10, comprendente inoltre un'unit? elettrica di eccitazione (45) accoppiata elettricamente tra l'uscita di eccitazione (32) del dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile (30) ed avvolgimenti di eccitazione (14) di motori sincroni (10).

12. Sistema (100) della rivendicazione 11, in cui l'unit? elettrica di eccitazione (45) ? atta a essere accoppiata elettricamente a un'unit? di controllo (40), l'unit? di controllo (40) essendo atta a controllare almeno motori sincroni (10).

13. Sistema (100) di qualsiasi rivendicazione da 8 a 12, in cui detto dispositivo di pilotaggio a frequenza variabile (30) ? atto a ignorare selettivamente segnali di abilitazione di commutazione dall'ingresso di controllo (35).

14. Impianto di compressione di fluido (1000) comprendente un primo sistema di sincronizzazione (100) secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 8 a 13.

15. Impianto della rivendicazione 14, in cui ciascuno dei motori (10) comprende o ? associato a un rilevatore di posizione angolare di albero (17), in cui ciascun rilevatore di posizione angolare (17) ? accoppiato elettricamente a un'unit? di abilitazione di commutazione (50) del primo sistema di sincronizzazione (100).

16. Impianto (1000) della rivendicazione 14 o 15, comprendente inoltre una pluralit? di motori sincroni (10).

17. Impianto (1000) della rivendicazione 16, comprendente inoltre una pluralit? di compressori a moto alternativo (600) accoppiati rispettivamente meccanicamente alla pluralit? di motori sincroni (10) attraverso un accoppiatore meccanico corrispondente, in cui l'accoppiatore meccanico ? atto ad accoppiare un albero rotante di un motore con un albero rotante di un compressore in una pluralit? di posizioni diverse, ciascuna posizione diversa corrispondente a un diverso angolo di rotazione tra alberi.

18. Impianto (1000) di qualsiasi rivendicazione da 14 a 17, comprendente inoltre un secondo sistema di sincronizzazione (200) secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 8 a 13, il secondo sistema di sincronizzazione (200) essendo atto ad agire come un sistema di sincronizzazione di backup.