ITMI940572A1 - Dispositivo di comando elettronico per un motore elettrico, specialmente motore ec - Google Patents
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Description
Stato della tecnica
L'invenzione riguarda ad un dispositivi di comando elettronico per un motore elettrico, specialmente motore EC, del genere della rivendicazione principale.
Per comandare motori elettrici sono dispositivi di-r verse alternative. E' noto ad esempio un motore a commutazione elettronica (motore EC) con comando a impulsi ritmici ad alta frequenza. Questo comando tuttavia è poco interessante per motori di piccola potenza, ad esempio servomotori in autoveicoli, a causa dell'elevato dispendio circuitale e della problematica di eliminazione dei radio-disturbi, controllabili solo con dif ficoltà.
E' inoltre noto un motore EC con comando lineare. L’impostazione del numero di giri viene qui ottenuta per il fanno
fatto che si / funzionare come amplificatori i transistori di potenza inseriti nei circuiti degli avvolgimenti di motore. La resistenza di transistore agente aggiuntivamente nel circuito di indotto provoca una commutazione della caratteristica del motore attorno al punto di funzionamento a vuoto. Questo procedimento corrisponde essenzialmente ad un comando della resi stenza addizionale. La potenza erogata è qui proporzionale al-la terza potenza del numero di giri, mentre la potenza assorbita è proporzionale al quadrato del numero di giri. Da ciò se-:gue che per due terzi della potenza nominale è massima la poten
za dissipata e il rendimento con questo numero di giri e pari
al massimo a 66% del massimo rendimento possibile. Il comando
lineare pertanto porta in dipendenza del principio ad un rendi!
mento ridotto proporzionalmente al numero di giri dell'inter-
vallo di comando parziale· Oltre al modesto rendimento si veri-
fica un'elevata solleticatazione termica per l'elettronica di potenza nel funzionamento sottocarica parziale, in quanto la po
tenza dissipata viene invertita in calore.
Infine è anche noto il comando a blocco, in cui la
impostazione del numero di giri avviene tramite la variazione
dell'angolo del flusso di corrente effettivamente utilizzata
rispetto all'angolo di commutazione. I transistori vengono com-
lietamente resi conduttivi e tuttavia viene variato il tempo
di inserimento. In particolare l'angolo del flusso di corrente
può stare in una relazione fissa all'inizio del tempo di tazione. Però è possibile anche fissare l'istante di disin
serzione (fine dell'angolo di commutazione) e variare l'istan— te dell'inserimento. Inoltre è possibile variare simmetricamen te al centro dell'angolo di commutazione sia l'istante di in¬
serimento che l'istante di disinserimento. In ogni caso i tran vengono
sistori /tatti funzionare nell'esercizio di commutazione, -ossia
con minima resistenza di passaggio per transistori MOSFET, ri→ spettivamente con minima tensione di collettore-iniettore, per transistori bipolari. La modalità di azione è simile ad un'organo di impostazione in discesa, con modulazione dell'ampiezza degli impulsi. E' svantaggioso il fatto che con minimo numero di giri del motore^conseguentemente con una minore tensione inf dotta la corrente durante il periodo del flusso di corrente può raggiungere levatissimi valori di ampiezza. Approssimativamente dalla seguente equazione è possibile riconoscere la relazione.
La tensione di eccitazione di corrente (differenza t fra la tensione della batteria o di alimentazione U ela tensip ne indotta del motore) è applicata ad un circuito - serie for ! mato da induttanza dell'avvolgimento L e resistenza dell'avvol^ gimento R. Conseguentemente l'ampiezza di corrente è limita ta dall'ampiezza della resistenza R e risulta dalla tensione ih dotta e quindi dal numero di giri che segue:
Unicamente le variazioni della corrente di/dt vengono inibite dall'induttanza del motore L.
Da ciò segue che in caso di motore lentamente rotan· te (ui, f piccola frequenza) compaie nelle elevatissime massime di corrente, che da parte loro sono correlati direttamente con la coppia e provocano un'energico sviluppo di rumori in ' seguito alla pulsazione momentanea. Inoltre un'assorbimento di fezionamenti del dispositivo di comando indicato nella rivendi cazione 1.
Il rapporto di manipolazione preassegnabile viene limitato preferibilmente in sostanza al 50 fino al 100%, per evitare sicuramente l'elevato sviluppo di rumori nella gammairi feriore del numero di giri. Se si è raggiunto un rapporto di manipolazione del 50% allora per l'ulteriore riduzione del numero di giri viene ridotta l'ampiezza ossia inizia qui il comando lineare.
Un'esecuzione vantaggiosa sta' nel fatto che è pre-t visto un dispositivo di regolazione per il numero di giri, oppure per la corente del motore, laddove la tensione di uscita del regolatore per preassegnare la lunghezza e l'ampiezza dei segnali di comando viene addotta ad un dispositivo di funziona mento preinserito ai transistori. I segnali di comando di commu tazione in particolare opportunamente vengono impiegate per far mare i segnali del valore effettivo del numero di giri per il dispositivo regolatore del numero di giri.
Il dispositivo di sezionamento vantaggiosamente cori tiene un indicatore di funzione per la lunghezza dei segnali di comando in dipendenza del numero di giri e un generatore di funzione per le ampiezze dei segnali di comando in dipendenza del numero di giri. Naturalmente anche un'unico indicatore di funzione può contenere entrambe le funzioni.
A valle di questo indicatore di funzione opportuna corrente pulsante influenza negativamente la rete di alimentazione, ad esempio nel veicolo.
VANTAGGI DELL 'INVENZIONE
Il dispositivo di comando secondo l'invenzione con le caratteristiche della rivendicazione principale presenta in vece il vantaggio consistente nel fatto che vengono combinati i vantaggi del comando a blocco con i vantaggi del comando lineare, laddove contemporaneamente si eliminano gli inconvenien' ti. Nella gamma superiore del numero di giri, ad esempio fra metà del numero di giri massimo e il numero di giri massimo, domina il comando a blocco impedendo ivi il rendimento modesto, tipico per il comando lineare, e l'elevata sollecitazione ter mica. Nella gamma superiore al numero di giri pertanto il rendi mento per un comando parziale viene aunentato fino in ragione del 20%. Nel caso di una riduzione del numero di giri il coman do lineare inizia delicatamente e consente la regolazione a ri troso del numero di giri fino al valore 0, senza che inizi il Iforte aumento di corrente tipico per il comando a blocco e quii di l'elevato sviluppo di rumore nella gamma inferiore al numero di giri. Pertanto con rendimento complessivamente elevato è garantita una buona regolabilità anche nella gamma assai bassa del numero di giri , laddovesi ottiene un ' adamento liscio di cor rente senza massimi di corrente.
Con gli accorgimenti illustrati nelle sotto-rivendicazioni sono possibili vantaggiosi e ulteriori sviluppi e permente è inserito un circuito di correlazione per il comando a scatti temporale dei segnali di comando in dipendenza dei segnali di commutazione. Il dispositivo di comando elettronico adatto specialmente per un motore a corrente continua a commu (motore EC)
tazione elettrica / , che presenta preferibilmente tre avvo gimenti di motore che sono inseriti a stella sono collegati rispettivamente con il transistore di comando,e tuttavia in una variante può essere impiegato anche per motori con alti numeri di giri.
Disegno
Un esempio di realizzazione dell'invenzione è rapipresentato nel disegno ed illustrato dettagliatamente nella s< guente descrizione.
In particolare:
la fig. 1 mostra uno schema a blocchi di un dispositivo di comando elettronico per un motore EC, come esempio di realizzazione dell'invenzione*
la fig- 2 mostra un diagramma dei segnali per illustrare la commutazione e la formazione dei segnali di comandò per il transistore di comando, e
la fig. 3 mostra diagrammi di segnali per illustra re la formazione di questi segnali di comando in base a funzioni preassegnate.
DESCRIZIONE DEGLI ESEMPI DI REALIZZAZIONE
Nell'esempio di realizzazione dell'invenzione rappresentati in fig. 1 un motore a commutazione elettronica chia mata in seguito motore EC 10, in dipendenza di un preassegnabile valore prescitto n soll olltre un numero di giri viene impostato rispettivamente regolato sul corrispondente numero di giri. Il motore EC10 possiede tre avvolgimenti di motore 11-13 inseriti a stella ed un rotore 14 a magnetizzazione permanente. In via di principio il circuito rappresentato e descrit to in seguito può essere impiegato tuttavia anche/altri motori a corrente continua.
Il punto di correlazione dei tre avvolgimenti di mo tore 11-13 è connesso alla connessione positiva di una sorgente Uv di tensione di alimentazione, mentre le connessione opposte degli avvolgimenti di motore 11-13 per il comando delle correnti di avvolgimento sono collegate con tre transistori FET 15-17, i cui canali collegano rispettivamente gli avvolgimenti di motore 11-13 rispettivamente con una resistenza Shunt 18 connessa a massa.
I tre avvolgimenti di motore 11-13 inoltre sono collegati con uno stadio di.preparazione 19 dei segnali di commutazio ne, in cui le tensioni indotte degli avvolgimenti di motore 11-13 vengono ulteriormente elaborate in segnali di commutazione. Inoltre nello stadio di preparazione 19 da questi segnali viene generato un segnale che corrisponde al numero di giri effettivo e questo viene addotto ad uno stadio convertitore 20, dove esso viene convertito in un segnale di tensione continua pròporzionale al numero di giri.
Il segnale di tensione continua proporzionale al mero di giri in un punto di raffronto 21 viene raffrontato cori il segnale prescritto del numero di giri n e lo scostamenti viene addotto ad un regolatore 22 del numero di giri. Questa al la propria uscita fornisce un valore prescritto di corrente, che in un secondo punto di raffronto 23 viene raffrontato con un valore effettivo del numero di giri.Per formare questo valore effettivo del numero dì giri, la caduta di tensione, proporzionale alla corrente, sulla resistenza 18 viene addotta adj un circuito di preparazione 34 per adattare questo valore effettìvo dei numeri di giro alle esigenze del punto di raffron to 23. Lo scostamento viene addotto ad un regolatore di corren te 25.
La tensione di uscita del regolatore di corrente 25 viene addotta in parallelo a due indicatori di funzione 2627, L'indicatore di funzione 26 in dipendenza della sua tensione di entrata definisce il tempo del flusso di corrente rispettivamente là lunghezza del blocco dei segnali di comando per i tran sistori 15-17, ossia il rispettivo tempo di flusso di corrente negli avvolgimenti di motore 11-13. Questa lunghezza di blocco viene stabilita essenzialmente fra i 50 e il 100%/tempo massimp di flusso di corrente, ossia le sequenze di segnali di comando| per i transistori 15-17 presemtìaaoun rapporto di manipolazione fra 0,1 e 1
Il secondo indicatore di funzione 27 limita l'ampiez za di questi segnali di comando durante il tempo di flusso di' corrente in dipendenza del segnale di uscita del regolatore di corrente 25.
I segnali di uscita degli indicatori di funzione 26 27 vengono addotti ad un circuito di correlazione logica 28, dove i segnali di lunghezza del blocco e di ampiezza vengono correlati con i tre segnali di commutazione dello stadio di pre parazione/e addotti come segnali di comando ad un seguente cir cuito di eccitazione 29. Questo circuito di eccitazione coman da quindi con le sue tre uscite i tre transistori 15-17.
Conformemente alla fig. 3 all'uscita del regolatore di corrente 25 è applicato un segnale U25, a corrente rego lata e proporzionale al numero di giri.Nell'indicatore di furi zionamenti 27 da ciò conformemente al diagramma centrale vie ne formata una funzione di ampiezza in dipendenza del numero di giri. Corrispondentemente nell'indicatore di funzione 26 vie ne fermata della lunghezza del blocco, rappresentata nel diagramma inferiore in dipendenza del numero di giri. Questi dia grarrmirappresentano naturalmente soltanto esempi ma in via di principio si possono realizzare funzioni desiderate a piacere.
Nella fig. 2 sono rappresentate le tensioni 11-13 indotte negli avvolgimenti di motore 11-13. I primi segnali di commutazione U19 formati nello stato di preparazione 19, sono rappresentati inferiormente. Per semplicità si sono rap-· presentati soltanto quei segnali di commutazione U19 che corrispondono al segnale indotto U12, non rappresentato con una linea più spessa, dell'avvolgimento 12 del motore. Gli altri se gnali di commutazione sono sfalsati rispettivamente di 120°. Dai segnali di uscita degli indicatori di funzione 26 e 27 vie ne formato un segnale di comando , la cui lunghezza B del blocj co e la cui ampiezza A sono definite conformemente alla fig. 31
Questo segnale viene comandato a scatti mediante i segnali di commutazione U19, cosicché i segnali di uscita U28 vengono formati all'uscita del circuito di colorazione 28. An che qui per semplicità è rappresentato di nuovo il segnale di comando per il transistore centrale 16 comandante 1'avvolgimen to 12 del motore. I segnali U28 per i rimanenti transistori 15! fino a 17 sono di nuovo sfalsati rispettivamente di 120°.
In caso di basso numero di giri e con l'operazione di avviamento è in un primo momento attivo soltanto il funzionamento lineare ed ha luogo un comando del numero di giri tra mite l'ampiezza della corrente U27. Il comando a blocco è sta— bilito sul 100% della lunghezza del blocco U26. Al raggiungi- t mento di metà del numero di giri massimo il comando dell'ampiezza U27 aumenta più che proporzionalmente rispetto all'aumento U25; del numero di giri, mentre contemporaneamente la lunghezza del blocco U26 viene ridotta continuamente al 50%, così che ha luoj go un aumento invariatamente uniforme del numero di giri. Nella gamma del numero di giri parial 75% del numero di giri massimo (tramite l'indicatore di funzione 2627 è adattabile alle esigenze) si raggiunge l'ampiezza massima, ed il comando del numero di giri avviene esclusivamente tramite la lunghezza del blocco.
In una versione più semplice si può fare a meno anche del regolatore di corrente 25 sovrapposto alla regolazione del numero di giri, laddove in una versione più semplice il comandò della lunghezza del blocco può avvenire direttamente con il se' gnale del numero di giri.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di comando elettronico per un elettrico specialmente motore EC, i cui avvolgimenti di motore per comandare la corrente di avvolgimento sono inseriti rispet-_ tivamente in serie con trasistori di comando, le cui connessioni di comando sono sollecitate da segnali di comando, comandati a scatto da segnali di commutazione, con un rapporto di manipo lazioni preassegnabile (comando a blocco), caratterizzato dal fatto che sono previsti contemporaneamente mezzi per il funzio namento dei transistori di comando 15-17 nell'esercizio come amplificatore (comando lineare).
- 2. Dispositivo di comando secondo la rivendicazio ne 1, caratterizzato dal fatto che il grado di comando del co mando a blocco è limitato essenzialmente al 50 fino al 100% del valore massimo.
- 3. Dispositivo di comando secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che è previsto un dispositivo di regolazione 2225 per il numero di giri, oppure per la corrente del motore, laddove la tensione di uscita del regolatore per preassegrare la lunghezza e l'ampiezza dei segnali di comando viene addotta ad un dispositivo di funzionamento 26 -28 preinserito ai transistori 15-17.
- 4. Dispositivo di comando secondo la rivendicazioni 3, caratterizzato dal fatto che sono previsti mezzi 19 per for mare segnali del valore effettivo del numero di giri dai segna li di commutazione.
- 5. Dispositivo di comando secondo la rivendicazione 3 oppure 4, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazione è formato da un dispositivo di regolazione 22 del nu mero di giri ed ha un seguente dispositivo di regolazione 25 della corrente del motore .
- 6. Dispositivo di comando secondo una delle rivendicazioni da 3 fino a 5, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di funzionamento 26-28 presenta un indicatore di funzione 26 per le lunghezze del segnale di comando in dipendenza del numero d .giri e un'indicatore di funzione 27 per le ampiezze dei segna-;le di comando in dipendenza del numero di giri.
- 7. Dispositivo di comando secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che a valle degli indicatori di fu zione 2627 è inserito un circuito di correlazione logica 28 per il comando a scatti temporale dei segnali di comando in di pedenza dei segnali di commutazione.
- 8. Dispositivo di comando secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il motore elettrico 1 è un motore a corrente continua a commutazione elettronica (motore EC)
- 9. Dispositivo di comando secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che tre avvolgimenti di motore 11-13 sono collegati in connessione a stella con tre transistori di comando 15-17.
- 10. Dispositivo di comando secondo una delle riven dicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i transitori di comando 15-17 sono eseguiti come transistori FET.
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