ITTO980028A1 - Sistema per il controllo di un motore elettrico brushless a semionda. - Google Patents
Sistema per il controllo di un motore elettrico brushless a semionda.Info
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema per il controllo di un motore elettrico brushless a semionda"
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda un sistema per il controllo di un motore elettrico brushless a semionda comprendente una pluralità di avvolgimenti o fasi di statore disposti in rispettivi rami circuitali, ciascuno in serie ad un corrispondente commutatore elettronico controllato, detti rami circuitali essendo connessi da una parte ad un polo di una sorgente di tensione continua di alimentazione, e dall'altra parte all'altro polo di detta sorgente tramite un commutatore elettronico di regolazione;
il sistema comprendendo
mezzi generatori per fornire segnali elettrici indicativi della posizione angolare del rotore del motore, e
un circuito di pilotaggio predisposto per pilotare in conduzione i commutatori controllati associati alle fasi del motore ed il commutatore di regolazione secondo modalità prestabilite in funzione dei segnali di posizione emessi da detti mezzi generatori; il commutatore di regolazione essendo in particolare pilotato in modo on/off mediante un segnale di comando ad onda quadra.
Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un sistema di tale tipo presentante caratteristiche migliorate.
Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo l'invenzione, con un sistema del tipo sopra specificato, caratterizzato dal fatto che comprende un circuito di protezione includente
un condensatore accoppiato all'ingresso di controllo del commutatore di regolazione in modo tale per cui nel funzionamento detto condensatore si carica ogni volta che il commutatore di regolazione viene reso conduttivo da detto segnale di controllo ad onda quadra, e
un commutatore di controllo connesso tra l'ingresso di controllo del commutatore di regolazione e detto altro polo della sorgente di tensione continua, ed avente un ingresso di comando connesso a detto condensatore, in modo tale per cui detto commutatore di controllo viene reso conduttivo ed interdice il commutatore di regolazione quando quest'ultimo permane continuativamente in conduzione per un periodo di tempo superiore ad un valore prefissato .
Il circuito di protezione del sistema di controllo secondo l'invenzione consente vantaggiosa-mente di proteggere il commutatore di regolazione qualora nel funzionamento il rotore del motore dovesse bloccarsi.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali :
la figura 1 è uno schema elettrico parzialmente a blocchi di un sistema di controllo per un motore elettrico brushless secondo l'invenzione;
la figura 2 è uno schema elettrico, parzialmente a blocchi, di un ulteriore modo di realizzazione di un sistema di controllo secondo l'invenzione; e la figura 3 è uno schema elettrico parziale di un sistema di controllo secondo l'invenzione.
Nella figura 1 dei disegni allegati è illustrato esemplificativamente un sistema per il controllo di un motore elettrico brushless a semionda comprendente un rotore R ed uno statore S. Quest'ultimo comprende una pluralità di avvolgimenti o fasi W disposti in rispettivi rami circuitali B, ciascuno in serie ad un corrispondente commutatore elettronico controllato SW. Tali commutatori elettronici possono essere costituiti ad esempio da SCR.
I rami circuitali B sono connessi da una parte ad un polo (+) di una sorgente di tensione continua di alimentazione {non illustrata nella figura 1), e dall'altra parte all'altro polo di tale sorgente, ovvero alla massa GND, tramite un commutatore elettronico di regolazione RSW, costituito ad esempio da un transistore di tipo MOSFET.
Gli ingressi di controllo dei commutatori SW associati alle fasi W del motore sono collegati a corrispondenti uscite di un circuito di pilotaggio complessivamente indicato con DC.
Anche il commutatore di regolazione RSW ha un ingresso di controllo collegato ad una corrispondente uscita del circuito di pilotaggio DC.
Nella realizzazione illustrata il circuito di pilotaggio DC presenta una pluralità di ingressi collegati a sensori elettrici di posizione PS associati al rotore R del motore. Tali sensori possono essere costituiti ad esempio da sensori ad effetto Hall, sensori di tipo fotoelettrico, ecc..
Sebbene gli esempi di realizzazione illustrati e descritti prevedano l'impiego di sensori di posizione associati al rotore R, l'invenzione non si intende limitata ai sistemi di controllo utilizzanti siffatti sensori, ma si estende anche a sistemi di controllo in cui la posizione angolare del rotore R del motore viene desunta ad esempio mediante l'analisi delle forme d'onda delle forze elettromotrici indotte nelle fasi W dello statore S.
11 circuito di pilotaggio DC presenta un ingresso I per un segnale esterno indicativo della desiderata velocità di rotazione del motore.
In modo per sé noto il circuito di pilotaggio DC è predisposto per pilotare in conduzione i commutatori SW ed il commutatore di regolazione RSW in funzione 'dei segnali di posizione emessi da sensori PS (o delle equivalenti informazioni di posizione del rotore ottenute senza l'uso di sensori), e del segnale di ingresso I.
Il circuito di pilotaggio DC è in particolare predisposto per pilotare il commutatore di regolazione RSW in modo on/off mediante un segnale ad onda quadra .
Al commutatore di regolazione RSW è associato un circuito di protezione complessivamente indicato con PC.
Nella realizzazione esemplificativamente illustrata il circuito di protezione PC comprende un condensatore C connesso al gate del commutatore di regolazione RSW tramite un resistore RI. Il circuito di protezione PC comprende inoltre un transistore T che nell'esempio illustrato è di tipo npn. Tale transistore ha la base connessa tramite un resistore R2 alla giunzione fra il condensatore C ed il resistore Ri. L'emettitore di T è collegato alla massa, mentre il collettore è collegato al catodo di un diodo D il cui anodo è connesso al gate del commutatore di regolazione RSW.
Nel funzionamento, ogni volta che il segnale di controllo ad onda quadra applicato dal circuito di pilotaggio DC al gate del commutatore di regolazione RSW è tale da rendere quest'ultimo conduttivo, il condensatore C si carica, e la tensione ai suoi capi cresce. La capacità di tale condensatore e la resistenza del resistore RI sono dimensionate in modo tale per cui la tensione sul condensatore C riesce a far passare il transistore T in conduzione soltanto quando il segnale di controllo applicato al gate di RSW permane continuativamente a livello alto per un periodo di tempo superiore ad un valore prefissato. In tal caso, il transistore T diviene conduttivo, e provoca l'interdizione del commutatore di regolazione RSW.
Pertanto, se nel corso del funzionamento del motore, il rotore R accidentalmente si blocca, sussistono sostanzialmente due possibilità.
Se quando il rotore R si blocca il segnale applicato al gate RSW è a livello basso, il commutatore di regolazione RSW è già interdetto ed il circuito di protezione PC non interviene.
Se invece quando il rotore R si blocca il segnale applicato al gate di RSW è a livello alto, tale segnale determina la carica del condensatore C e, dopo un tempo prefissato, la tensione su tale condensatore determina il passaggio in conduzione del transistore T, che provvede ad interdire il commutatore di regolazione RSW.
Nella figura 2 è mostrato un ulteriore modo di realizzazione di un sistema di controllo secondo l’invenzione. Nella figura 2 a parti ed elementi già descritti in relazione alla figura 1 sono stati attribuiti nuovamente gli stessi simboli alfanumerici di riferimento.
Nel sistema secondo la figura 2, la tensione continua di alimentazione è ottenuta mediante un ponte raddrizzatore a diodi a doppia semionda, complessivamente indicato con RB, i cui terminali di ingresso 1 e 2 sono collegati ad una sorgente di tensione in corrente alternata, quale la normale tensione di rete a frequenza di 50 (60) Hz.
All'uscita del ponte raddrizzatore RB è collegato un circuito modulatore complessivamente indicato con MC. Tale circuito comprende essenzialmente un circuito RC includente un resistore R3 ed un potenziometro P connessi all'uscita del ponte RB, ed un condensatore integratore CI connesso alla massa.
In parallelo al condensatore CI è connesso un transistore Tl di tipo pnp, la cui base è collegata ad un partitore di tensione formato da resistori R4 e R5 connessi tra l'uscita del ponte raddrizzatore RB e la massa. Al terminale non a massa del condensatore CI è connesso il catodo di un diodo zener Z, il cui anodo è collegato alla base del transistore T.
Nel funzionamento, all'uscita del ponte raddrizzatore RB si ha una tensione continua avente una forma d'onda di sinusoide raddrizzata, con ampiezza che si annulla a frequenza doppia di quella della tensione alternata di rete applicata fra i terminali di ingresso 1 e 2. Ad ogni semionda di tale tensione il condensatore integratore CI si carica attraversò il resistore R3 ed il potenziometro P, e viene quindi scaricato dal transistore Tl. La disposizione è tale per cui ad ogni semionda della tensione di alimentazione la tensione sul condensatore CI raggiunge, prima della scarica di tale condensatore, un valore che dipende dall'ampiezza della tensione di alimentazione. In particolare, al crescere dell'ampiezza della tensione di alimentazione, cresce il valore raggiunto dalla tensione sul condensatore Cl.
Il diodo zener Z opera come dispositivo comparatore, e determina l'applicazione alla base del transistore T di un segnale ad onda quadra con impulsi di durata modulata in funzione del valore raggiunto dalla tensione sul condensatore Cl e dunque in funzione dell'ampiezza della tensione di alimentazione. Il transistore T viene così fatto commutare in modo on/off, ad una frequenza pari al doppio della frequenza della tensione alternata di rete applicata fra i terminali 1 e 2.·
Poiché in generale il commutatore di regolazione RSW è pilotato con un segnale ad onda quadra di frequenza nettamente inferiore alla frequenza del segnale applicato alla base del transistore T, la commutazione di stato di quest'ultimo interviene a modificare il tempo medio di conduzione di detto commutatore di regolazione RSW.
Con il circuito modulatore MC e l'associato transistore T è dunque possibile realizzare una stabilizzazione della velocità di rotazione del rotore R del motore al variare dell'ampiezza della tensione di alimentazione. Si osserva che tale funzione viene ottenuta sinergicamente utilizzando lo stesso transistore T che interviene a provocare l'eventuale spegnimento del commutatore di regolazione RSW in caso di bloccaggio del rotore R.
Nella figura 3 dei disegni allegati è mostrata una parte dei sistemi di controllo secondo le figure 1 e 2.
Come mostrato nella figura 3, i commutatori elettronici controllati SW associati a ciascun fase W del motore sono convenientemente costituiti da SCR ed, in parallelo ai rami circuitali B includenti le fasi del motore, è convenientemente disposto un diodo FD di ricircolo della corrente di ciascuna fase quando l'associato SCR viene interdetto.
La corrente che rifluisce dalle fasi allo spegnimento degli associati commutatori elettronici controllati non interessa dunque il commutatore di regolazione RSW.
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo d'esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione, come definito nelle annesse rivendicazioni.
Claims (5)
- RIVENDICAZIONI 1. Sistema per il controllo di un motore elettrico brushless a semionda, comprendente una pluralità di avvolgimenti o fasi (W) di statore disposti in rispettivi rami circuitali (B), ciascuno in serie ad un corrispondente commutatore elettronico controllato (SW), detti rami circuitali (B) essendo connessi da una parte ad un polo (+) di una sorgente di tensione continua di alimentazione, e dall'altra parte all'altro polo (GND) di detta sorgente tramite un commutatore elettronico di regolazione (RSW); il sistema comprendendo mezzi generatori (PS) per fornire segnali elettrici indicativi della posizione angolare del rotore (R) del motore, e un circuito di pilotaggio (DC) predisposto per pilotare in conduzione i commutatori controllati (SW) associati alle fasi (W) del motore ed il commutatore di regolazione (RSW) secondo modalità prestabilite in funzione dei segnali di posizione emessi da detti mezzi generatori (PS); il commutatore di regolazione (RSW) essendo in particolare pilotato in modo on/off mediante un segnale ad onda quadra ; il sistema essendo caratterizzato dal fatto che comprende un circuito di protezione (PC) includente un condensatore (C) accoppiato all'ingresso di controllo del commutatore di regolazione (RSW) in modo tale per cui nel funzionamento detto condensatore (C) si carica ogni volta che il commutatore di regolazione (RSW) viene reso conduttivo da detto segnale ad onda quadra, e un commutatore di controllo (T) connesso tra l'ingresso di controllo del commutatore di regolazione (RSW) e detto altro polo (GND) della sorgente di tensione continua, ed avente un ingresso di comando connesso a detto condensatore (C), in modo tale per cui detto commutatore di controllo (T) viene reso conduttivo ed interdice il commutatore di regolazione (RSW) quando quest'ultimo permane continuativamente in conduzione per un periodo di tempo superiore ad un valore prefissato.
- 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui la sorgente continua di alimentazione comprende un dispositivo raddrizzatore a doppia semionda (RB) accoppiato ad una sorgente di tensione alternata a frequenza di rete (1, 2), ed in cui il segnale di comando ad onda quadra applicato al commutatore di regolazione (RSW) presenta una frequenza inferiore a detta frequenza di rete; il sistema essendo caratterizzato dal fatto che comprende inoltre un circuito modulatore (MC) atto ad applicare all'ingresso di comando del commutatore di regolazione (RSW) un segnale ad impulsi isofrequenziale con la tensione continua all'uscita di detto dispositivo raddrizzatore (RB), con impulsi di durata correlata all'ampiezza di detta tensione continua di alimentazione, in modo tale per cui al crescere (decrescere) dell'ampiezza di detta tensione continua si riduce (incrementa) il tempo di conduzione del commutatore di regolazione (RSW).
- 3. Sistema secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto circuito modulatore (MC) comprende un condensatore integratore (Cl) connesso all'uscita del dispositivo raddrizzatore (RB), un commutatore (Tl) connesso in parallelo a detto condensatore integratore (Cl) e pilotato dalla tensione raddrizzata a doppia semionda all'uscita di detto dispositivo raddrizzatore (RB); e un dispositivo di confronto (Z) collegato a detto condensatore integratore (Cl) ed atto a fornire all'ingresso di comando di detto commutatore di controllo (T) un segnale ad un primo ed un secondo livello prefissato quando la tensione sul condensatore integratore (Cl) è superiore e rispettivamente inferiore ad un valore prefissato.
- 4. Sistema secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di confronto comprende un diodo zener (Z).
- 5. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il commutatore elettronico controllato (SW) associato a ciascuna fase (W) del motore comprende uno SCR, e dal fatto che in parallelo ai rami circuitali (B) includenti le fasi (W) del motore è disposto un diodo di ricircolo (FD). Il tutto sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.
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