ITUB20155991A1 - Apparato per la generazione di energia elettrica - Google Patents

Description

"APPARATO PER LA GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un apparato per la generazione di energia elettrica, che comprende almeno un alternatore, provvisto di uno statore e di un rotore collegabile ad organi di fornitura di energia meccanica, ad esempio fornita da aria, acqua o motori endotermici.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti apparati di generazione di energia elettrica generalmente associati ad una fonte eolica, o idraulica, o a motori endotermici.

Alcune tipologie di apparati di generazione di tipo noto comprendono un generatore di tipo tradizionale, ovvero comprendente uno statore provvisto di una serie di bobine a definire espansioni polari sfalsate angolarmente fra loro ed un rotore provvisto di avvolgimenti definenti due (o più) espansioni polari (poli). L’alimentazione per Γ eccitazione del campo può essere fornita al rotore o allo statore, ottenendo rispettivamente una tensione di uscita sullo statore o sul rotore.

I generatori di tipo tradizionali funzionano generalmente in un intervallo di velocità da circa 750 a circa 3000 giri al minuto. Alcune tipologie di generatori noti richiedono per l’accoppiamento a sorgenti di energia meccanica derivata da fonti eoliche, idrauliche, o altre, l’utilizzo di moltiplicatori di giri, i quali riducono Γ efficienza di funzionamento dei generatori. Di conseguenza, si ottengono potenze inferiori a quelle che potrebbero essere disponibili all’asse degli organi di fornitura di energia meccanica.

Altre tipologie di apparati di generazione di tipo noto comprendono un generatore a magneti permanenti, nel quale il rotore o lo statore comprendono una pluralità di magneti permanenti disposti lungo la propria periferia, e che interagiscono con avvolgimenti definenti espansioni polari disposte sullo statore o rispettivamente sul rotore.

I generatori a magneti permanenti, pur potendo operare a velocità inferiori rispetto ai generatori tradizionali, sono affetti dal fenomeno del “cogging”, per il quale il generatore si avvia e passa in rotazione solo quando viene superata la coppia resistente dei magneti permanenti. In assenza della forza necessaria per superare una determinata resistenza di spunto per mettere in rotazione il rotore, il generatore deve essere avviato in modalità motore per superare la coppia resistente opposta dai magneti permanenti.

Tale inconveniente è ancora più rilevante nel caso in cui la fonte di energia meccanica, vento o acqua, è irregolare e molto variabile nel tempo, per cui si possono verificare continui e ripetuti avviamenti, abbassando, ed in certi casi azzerando, il rendimento complessivo dell’apparato.

A basse velocità di rotazione del rotore, la velocità con cui varia il flusso magnetico indotto nelle bobine da cui viene prelevata l’energia elettrica prodotta, risulta essere troppo lenta, per cui la tensione in uscita risulta essere inferiore a quella calcolata per la velocità di targa del rotore, e l’apparato di generazione presenta un basso rendimento.

Uno scopo del presente trovato è fornire un apparato di generazione di energia elettrica che possa funzionare a basso numero di giri convertendo l’energia meccanica in energia elettrica senza perdite dovute alla presenza di moltiplicatori di giri.

Un ulteriore scopo del presente trovato è fornire un apparato di generazione di energia elettrica che non risenta del fenomeno del “cogging” e possa quindi operare con una velocità minima di rotazione per fornire una tensione continua in uscita adatta ad alimentare, ad esempio, un inverter per alimentare un’utenza.

Ancora un ulteriore scopo è quello di fornire un apparato di generazione che si possa avviare liberamente al raggiungimento del minimo numero di giri stabilito.

Un ulteriore scopo è quello di fornire un apparato di generazione di energia elettrica che sia in grado di mantenere sotto controllo la velocità del rotore al valore voluto in relazione alla potenza disponibile voluta, in modo tale da non assorbire più della potenza meccanica disponibile, evitando quindi una riduzione del numero di giri con conseguente arresto della produzione di energia.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questi ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti. Le rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell’idea di soluzione principale.

In accordo con i suddetti scopi, un apparato per la generazione di energia elettrica comprende un alternatore provvisto di un rotore, collegabile ad un organo di fornitura del moto per azionare il rotore. Il rotore è dotato di almeno una coppia di poli rotorici. L’alternatore inoltre comprende uno statore provvisto di una pluralità di poli statorici.

Secondo un aspetto del presente trovato, l’apparato comprende un dispositivo di generazione di magnetizzazione, configurato per generare una magnetizzazione di base in almeno uno tra i poli rotorici e i poli statorici.

L’apparato comprende inoltre un dispositivo di rilevazione della posizione angolare di ciascun polo rotorico rispetto ad almeno un corrispondente polo statorico.

Secondo possibili forme di realizzazione, il dispositivo di rilevazione della posizione può essere integrato con il dispositivo di rilevazione della velocità.

In accordo con possibili soluzioni realizzative, il dispositivo di rilevazione della posizione può essere un encoder di tipo assoluto, o incrementale, oppure una ruota fonica.

In accordo con forme di realizzazione vantaggiose, il dispositivo di rilevazione della posizione può essere una ruota fonica avente un numero di denti pari al numero dei poli statorici, in modo tale da fornire una maggiore precisione di sincronizzazione della posizione relativa tra ciascun polo rotorico e un corrispondente polo statorico.

L’apparato comprende inoltre un’unità di controllo e comando, collegata almeno al dispositivo di generazione della magnetizzazione e al dispositivo di rilevazione della posizione.

Quando Trinità di controllo e comanda rileva una condizione di funzionamento minimo dell’alternatore, l’unità di controllo e comando fornisce alla parte preposta alla eccitazione, ovvero al rotore o allo statore, una magnetizzazione di base.

La condizione di funzionamento minimo può essere determinata rilevando la tensione indotta sullo statore, o sul rotore, e confrontandola con un valore minimo di riferimento.

In accordo con forme di realizzazione, la condizione di funzionamento minimo può essere determinata rilevando la velocità di rotazione del rotore e confrontandola con una velocità minima di riferimento.

La velocità minima di riferimento può essere determinata dall’unità di controllo e comando in relazione alla tensione indotta sullo statore o sul rotore. Tn particolare si può prevedere che l’unità di controllo e comando effettui un controllo in continuo della tensione indotta in uscita e la confronti con una tensione minima di riferimento, ad esempio di 20V. Tale tensione minima è quella per cui l’alternatore fornisce in modo efficiente l’energia elettrica e può essere utilizzata come parametro di riferimento per la valutazione della suddetta condizione minima di funzionamento.

Secondo una possibile variante, tale velocità minima può essere impostata direttamente da un utente, durante la realizzazione dell’unità di controllo e comando in fabbrica, o successivamente.

In accordo con forme di realizzazione, Γ apparato comprende un dispositivo di rilevazione della velocità di rotazione del rotore rispetto allo statore, associato all’unità di controllo e comando e configurato per rilevare la condizione di funzionamento minimo dell’ alternatore.

La magnetizzazione di base può essere fornita erogando ad almeno un polo di eccitazione, ovvero un polo rotorico o, rispettivamente un polo statorico, una corrente e/o una tensione di eccitazione ridotta.

Successivamente viene attivato un controllo. L’unità di controllo verifica la posizione del rotore rispetto allo statore, e quando il dispositivo di rilevazione della posizione segnala una precisa posizione relativa tra un polo rotorico ed un polo statorico, comanda l’applicazione di un impulso di magnetizzazione, (generato da un impulso di tensione applicata al polo rotorico, o al polo statorico), che provoca una variazione veloce e più intensa della magnetizzazione del rispettivo polo di eccitazione.

In forme di realizzazione, l’impulso di magnetizzazione viene applicato quando un polo rotorico è affacciato ad un polo statorico. In varianti di realizzazione l’impulso di magnetizzazione è applicato un istante prima che un polo rotorico si trovi affacciato ad un polo statorico. L’impulso di magnetizzazione genera una forza di magnetizzazione a variazione rapida che simula, nello statore, l’effetto di un rotore rotante a velocita più elevata di quella reale, e allo stesso tempo genera una forza elettromotrice, indotta dalla variazione del flusso magnetico nel polo statorico, di valore più elevato di quello che sarebbe indotta nello statore stesso con un rotore alimentato alla corrente e/o tensione di magnetizzazione di base che ruoti alla velocità meccanica dell’ alternatore.

In accordo con forme di realizzazione, l’apparato prevede un numero minimo di coppie di poli rotorici e/o poli statorici che permette di mantenere in funzione l’alternatore anche a bassissimo numero di giri, ad esempio con una velocità minima di 40 giri al minuto.

Un tale accorgimento consente di trasformare quasi la totalità dell’ energia meccanica fornita al rotore in energia elettrica, senza perdite dovute a moltiplicatori di giri, o al fenomeno di “cogging”.

In accordo con forme di realizzazione, l’apparato comprende almeno due alimentatori, in particolare un primo alimentatore configurato per fornire la tensione di magnetizzazione di base e un secondo alimentatore configurato per fornire la tensione dell’impulso di magnetizzazione. I due alimentatori possono essere collegati all’unità di controllo e comando e al dispositivo di generazione di magnetizzazione, in modo da fornire al polo rotorico o al polo statorico di volta in volta la magnetizzazione necessaria.

In accordo con ulteriori forme di realizzazione, l’apparato può comprendere un circuito di regolazione di tipo PWM (Pulse Width Modulation) che comprende un generatore di PWM e un comparatore di tensione, configurato per confrontare le tensioni fomite dagli almeno due alimentatori ed ottenere un’alimentazione modulata ad almeno due livelli per stabilizzare la tensione di magnetizzazione applicata al dispositivo di generazione di magnetizzazione.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di forme di realizzazione, fomite a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui: - la fig. 1 è uno schema a blocchi di un apparato per la generazione di energia elettrica in accordo con forme di realizzazione qui descritte;

- la fig. 2 è un diagramma di flusso di un metodo di gestione del funzionamento di un apparato per la generazione di energia elettrica in accordo con forme di realizzazione qui descritte.

Per facilitare la comprensione, numeri di riferimento identici sono stati utilizzati, ove possibile, per identificare elementi comuni identici nelle figure. Va inteso che elementi e caratteristiche di una forma di realizzazione possono essere convenientemente incorporati in altre forme di realizzazione senza ulteriori precisazioni.

DESCRIZIONE DI FORME DI REALIZZAZIONE

Si farà ora riferimento nel dettaglio alle varie forme di realizzazione del trovato, delle quali uno o più esempi sono illustrati nelle figure allegate. Ciascun esempio è fornito a titolo di illustrazione del trovato e non è inteso come una limitazione dello stesso. Ad esempio, le caratteristiche illustrate o descritte in quanto facenti parte di una forma di realizzazione potranno essere adottate su, o in associazione con, altre forme di realizzazione per produrre un’ulteriore forma di realizzazione. Resta inteso che il presente trovato sarà comprensivo di tali modifiche e varianti.

Un apparato 10 per la generazione di energia elettrica secondo il presente trovato comprende un generatore, o alternatore 12 provvisto di un rotore 14 collegabile ad organi di fornitura di energia meccanica, non illustrati nei disegni, e di uno statore 16.

Il rotore 14 è provvisto di almeno una coppia di poli rotorici 18, indicata anche con A, A’ in fig. 1. In accordo con forme di realizzazione, il rotore 14 può comprendere una pluralità di coppie di poli rotorici 18. Lo statore 16 è provvisto di una pluralità di poli statorici 20, in particolare almeno un polo statorico 20 per ogni fase R, S, T di una tensione trifase.

Secondo forme di realizzazione del presente trovato, possono essere previste sei o più coppie di poli rotorici 18 e/o polì statorici 20.

In una soluzione vantaggiosa del presente trovato possono essere previste diciotto o più coppie di poli rotorici 18 e/o poli statorici 20.

L’apparato 10 comprende inoltre un dispositivo di generazione di magnetizzazione 22, collegato all’uno o più poli rotorici 18 o ai poli statorici 20, per indurre in essi una magnetizzazione di base, in modo tale da creare un campo magnetico che determini la premagnetizzazione del rotore 14 rispetto allo statore 16.

In accordo con forme di realizzazione, il dispositivo di generazione di magnetizzazione 22 induce una magnetizzazione di base alimentando l’uno 0 più poli rotorici 18 mediante un sistema di trasferimento ad anelli o a trasformatore rotante ad alta frequenza.

Secondo una possibile variante, il dispositivo di generazione di magnetizzazione 22 induce una magnetizzazione di base alimentando l’uno o più poli rotorici 18 mediante un sistema ad anelli, ovvero con contatti striscianti, o “brushes”.

In accordo con forme di realizzazione, il dispositivo di generazione di magnetizzazione 22 è configurato come un circuito modulatore della tensione e della corrente di magnetizzazione, e può essere realizzato con dispositivi di potenza di tipo MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) utilizzati come interruttori veloci.

In accordo con forme di realizzazione, l’apparato 10 comprende inoltre un dispositivo di rilevazione della velocità 24, configurato per rilevare la velocità di rotazione del rotore 14 rispetto allo statore 16, configurato per rilevare una condizione di funzionamento minimo dell’alternatore 12.

In accordo con forme di realizzazione, il dispositivo di rilevazione della velocità 24 può essere un dispositivo che rileva la velocità di rotazione del rotore 14 rilevando la frequenza della tensione di fase Uf di una delle fasi R, S, T della tensione in uscita sullo statore 16.

L’apparato 10 comprende inoltre anche un dispositivo di rilevazione della posizione 26, configurato per rilevare la posizione angolare del rotore 14 rispetto allo statore 16. Il dispositivo di rilevazione della posizione 26, in particolare rileva quando un polo rotorico 18 si trova in una voluta posizione relativa rispetto ad un corrispondente polo statorico 20, ad esempio quando si trova affacciato a un corrispondente polo statorico 20,

In accordo con forme di realizzazione, il dispositivo di rilevazione della posizione 26 può essere una ruota fonica, ad esempio associata al rotore 14.

Secondo una possibile realizzazione, la ruota fonica può essere una ruota dentata con un numero di denti pari al numero dei poli statorici 20, ai quali si affaccia un sensore di tipo magnetico, ottico, od elettrico, in modo tale da fornire informazioni precise sulla sincronizzazione della posizione relativa tra rotore 14 e statore 16.

In accordo con varianti di realizzazione, il dispositivo di rilevazione della posizione 26 può essere un encoder di tipo assoluto, o incrementale, o un altro dispositivo idoneo allo scopo.

Secondo possibili soluzioni realizzative, il dispositivo di rilevazione della posizione 26 può essere integrato con il dispositivo di rilevazione della velocità 24, prevedendo un unico dispositivo per rilevare contemporaneamente velocità e posizione angolare del rotore 14 rispetto allo statore 16. Un dispositivo di rilevazione della posizione 26 realizzato ad esempio come ruota fonica può essere utilizzato sia per rilevare sia la posizione, sia la velocità del rotore 14 rispetto allo statore 16.

L’apparato 10 comprende inoltre un’unità di controllo e comando 28, collegata almeno al dispositivo di generazione di magnetizzazione 22 e al dispositivo di rilevazione della posizione 26.

In accordo con una possibile soluzione realizzativa, l’unità di controllo e comando 28 è configurata per determinare anche una velocità minima di funzionamento dell’alternatore 12, ad esempio mediante valutazione della tensione generata, e/o mediante valutazione della velocità di rotazione minima di rotazione del rotore 14, come di seguito descritto.

In accordo con forme di realizzazione, l’unità di controllo e comando 28 verifica se la velocità V del rotore 14 è superiore a una determinata velocità VLmin impostata, ad esempio pari alla velocità minima in cui l’alternatore 12 si trova in una condizione di funzionamento minimo, ovvero a produrre una determinata tensione in uscita. Nel caso in cui la verifica dia una risposta positiva, funità di controllo e comando 28 comanda il dispositivo di generazione di magnetizzazione 22 per indurre la magnetizzazione di base modulata nel polo di eccitazione dell’alternatore 12.

Quando il dispositivo di rilevazione della posizione 26 segnala che un polo rotorico 18 è affacciato ad un polo statorico 20, l’unità di controllo e comando 28 comanda il dispositivo di generazione di magnetizzazione 22 per indurre un impulso di magnetizzazione più intensa ed a fronte ripido nel corrispondente polo di eccitazione, ovvero il polo rotorico 18 o il polo statorico 20.

Con il termine “impulso di magnetizzazione” si intende una corrente e/o una tensione superiore alla tensione normalmente applicata all’uno o più poli di eccitazione per fornire una intensificazione del campo magnetico a rapida variazione sovrapposto alla magnetizzazione di base, in modo tale che il campo elettromagnetico generato possieda una ripida derivata.

In accordo con forme di realizzazione, l’impulso di magnetizzazione può essere generato da una tensione, e quindi da una corrispondente corrente superiore a quella di magnetizzazione di base. Tale impulso di magnetizzazione, secondo una soluzione realizzativa, è applicato secondo una forma a gradino.

In accordo con una variante di realizzazione, l’impulso di magnetizzazione può essere costituito da una serie di impulsi a fronte ripido impacchettati e alimentati al polo rotorico 18, o polo statorico 20, nel periodo di transito del corrispondente polo rotorico 18 davanti al polo statorico 20.

L’impulso di magnetizzazione simula l’effetto di una maggiore velocità di rotazione del rotore 14 aumentando la derivata del flusso che investe il polo statorico 20 e pertanto determina un incremento della tensione in uscita del rispettivo polo statorico 20.

In forme di realizzazione, l’unità di controllo e comando 28 può comandare l’applicazione di un impulso di magnetizzazione immediatamente prima che un polo rotorico 18 si affacci ad un polo statorico 20.

L’applicazione di un impulso di magnetizzazione ogni volta in cui un polo rotorico 18 si trova affacciato ad un polo statorico 20 consente di ottenere una tensione indotta sullo statore 16 significativa anche a basso numero di giri, ad esempio pari a 40 giri al minuto.

In accordo con forme di realizzazione, l’apparato 10 comprende almeno due alimentatori 30 ed 32, in particolare un primo alimentatore 30 configurato per fornire la tensione di magnetizzazione di base E1 e un secondo alimentatore 32 configurato per fornire la tensione dell’impulso di magnetizzazione E2 collegati all’unità di controllo e comando 28 e al dispositivo di generazione di magnetizzazione 22.

In accordo con forme di realizzazione, gli alimentatori 30, 32 possono essere alimentati con la tensione generata dall’alternatore 12 stesso.

In accordo con forme di realizzazione, l’unità di controllo e comando 28 può comprendere un circuito di regolazione 34 configurato per adeguare la tensione di magnetizzazione applicata dal dispositivo di generazione di magnetizzazione 22 al polo di eccitazione, ovvero polo rotorico 18 o polo statorico 20, in funzione della tensione di uscita dell’ alternatore 12.

In accordo con forme di realizzazione, il circuito di regolazione 34 è un circuito di regolazione di tipo PWM (Pulse Width Modulation) che comprende un generatore di PWM e un comparatore di tensione, configurato per commutare le tensioni fomite dagli almeno due alimentatori 30, 32, ottenendo così un’alimentazione modulata ad almeno due livelli.

In accordo con forme di realizzazione, Γ unità di controllo e comando 28 può essere configurata per impostare la massima tensione U0 disponibile in uscita dall’apparato 10 in finizione della velocità di rotazione del rotore 14, ad esempio determinata rilevando la tensione di fase Uf, che determina la massima tensione Uout fornita dall’ alternatore 12.

In accordo con forme di realizzazione, l’unità di controllo e comando 28 può comprendere anche un dispositivo di regolazione della corrente 48, configurato per misurare e limitare la corrente Iout erogata in uscita.

In accordo con forme di realizzazione, il dispositivo di regolazione della corrente può essere configurato per eliminare l’alimentazione del polo di eccitazione, ovvero il polo rotorico 18 o il polo statorico 20, ad esempio comandando un apposito circuito di sicurezza.

In accordo con soluzioni realizzative, il dispositivo di regolazione della corrente 48 misura e determina la massima potenza Uout erogabile dal l’alternatore 12 in funzione della sua velocità V e ne limita la massima corrente di uscita Iout. Questo permette di evitare di assorbire una potenza superiore alla potenza meccanica disponibile, che avrebbe come conseguenza una diminuzione del numero di giri al minuto del rotore 14 e quindi Γ arresto della produzione di energia elettrica.

L’impostazione della massima tensione Uout disponibile in uscita in funzione della velocità di rotazione del rotore 14 e della corrente erogata Iout consente all’apparato 10 di auto-tararsi in relazione alla massima potenza erogabile alle diverse velocità di rotazione del rotore 14, senza necessità di un intervento da parte di un operatore.

In questo modo l’apparato per la generazione di energia elettrica 10 può essere un dispositivo utilizzabile in modo “universale” all’interno di una determinata gamma di potenze, ad esempio in modalità “plug and play”, ovvero senza bisogno di settaggi e regolazioni specifici.

In accordo con la soluzione descritta utilizzando fìg. 1, sia i poli rotorici 18, sia i poli statorici 20 sono realizzati con avvolgimenti, o bobine. In questa soluzione, sia la magnetizzazione di base, sia l’impulso di magnetizzazione sono applicati ad almeno un polo rotorico 18, mentre l’energia prodotta viene prelavata dallo statore 16.

In accordo con forme di realizzazione, la variazione, o modulazione della tensione di magnetizzazione fornita all’alternatore 12 può essere ottenuta con un circuito interruttore associato ai due alimentatori 30, 32, ma possono essere utilizzate differenti soluzioni.

In accordo con forme di realizzazione descritte utilizzando fig. 1, l’apparato 10 comprende un circuito rettificatore 36, configurato per rettificare la tensione alternata prelevata dalle fasi R, S, T e fornire in uscita una tensione quasi continua.

In accordo con possibili soluzioni realizzative, il circuito rettificatore 36 può essere realizzato come un circuito a ponte di diodi.

A valle del circuito rettificatore 36 l’apparato 10 può comprendere inoltre un condensatore 38, configurato per livellare la tensione quasi continua fornita dal circuito rettificatore 36. In accordo con forme di realizzazione, in funzione della velocità di rotazione del rotore 14, la tensione ai capi del condensatore 38 può variare tra circa 20 V e circa 600V.

In accordo con forme di realizzazione, l’apparato 10 comprende inoltre un circuito adattatore 40, configurato per adattare la tensione di disponibile in uscita alle necessità del circuito di controllo a cui fornisce Γ alimentazione. In accordo con forme di realizzazione, il circuito adattatore 40 può essere un circuito di alimentazione posto a valle del condensatore 38, configurato per stabilizzare la tensione in uscita Uout dell’alternatore 12 ad un valore di circa 12-15V, adatto ad alimentare i circuiti elettrici dell’apparato per la generazione di energia elettrica 10.

In accordo con forme di realizzazione, il circuito adattatore 40 può essere configurato come un circuito che alimenta e fornisce i due alimentatori 30 e 32 che possono essere comandati dall’unità di controllo e comando 28.

In accordo con forme di realizzazione, l’apparato 10 può comprendere anche un circuito convertitore 42, configurato per alzare e stabilizzare la tensione Uout fornita dall’ alternatore 12. 11 circuito convertitore 42 può essere ad esempio un convertitore boost configurato per innalzare e stabilizzare la tensione di uscita Uout ad un valore di tensione U0 nominale pari a circa 330V.

In accordo con forme di realizzazione, a valle del circuito convertitore 42 può essere previsto un ulteriore condensatore 44 configurato per livellare la tensione continua in uscita.

In accordo con forme di realizzazione, l’unità di controllo e comando 28 può comprendere inoltre un circuito di protezione 46, configurato per disalimentare il polo di eccitazione, ovvero togliere l’alimentazione al polo di eccitazione, ovvero al polo rotorico 18 o al polo statorico 20, nel caso di malfunzionamenti dei circuiti elettrici, ad esempio nel caso in cui si verifichi un cortocircuito sulla linea di uscita dell’apparato 10. In tale caso, il circuito di protezione 46 può disalimentare il polo di eccitazione e collegarlo ad un dispositivo dissipatore, ad esempio una resistenza, in modo tale da bloccare istantaneamente la produzione di energia elettrica da parte dell’alternatore 12. Il circuito di protezione 46 può essere realizzato utilizzando dispositivi MOSFET.

In accordo con forme di realizzazione, il circuito di protezione 46 può essere comandato dal dispositivo di regolazione della corrente 48.

In accordo con forme di realizzazione descritte utilizzando fig. 1, l’apparato 10 può essere collegato ad un inverter 50, adatto a trasformare la tensione di uscita U0 dell’apparato 10 ricevuta in ingresso in una tensione alternata adatta per alimentare un’utenza. La tensione alternata in uscita dall’inverter 50 può essere a singola fase, oppure trifase

In accordo con varianti di forme di realizzazione l’apparato 10 può essere collegato a un dispositivo di accumulo di energia elettrica.

Forme di realizzazione descritte utilizzando fig. 2 si riferiscono ad un metodo di gestione dell’apparato 10.

Il rotore 14 viene inizialmente portato in rotazione dagli organi di fornitura di energia meccanica a cui è collegato.

Il metodo prevede di fornire all’unità di controllo e comando 28 informazioni relative alla posizione e/o alla velocità del rotore 14 rispetto allo statore 16.

L’utilizzo del dispositivo di rilevazione della velocità 24 e del dispositivo di rilevazione della posizione 26 permette quindi di verificare una condizione di funzionamento minimo dell’ alternatore, ad esempio verificando se la velocità V di rotazione del rotore 14 è maggiore o uguale a una velocità limite VLmin di funzionamento dell’ alternatore 12, ovvero la velocità minima con cui l’alternatore 12 può produrre una determinata tensione.

Nel caso di risposta negativa, l’unità di controllo e comando 28 continua a monitorare la velocità V mediante il dispositivo di rilevazione di velocità 24 e/o rilevando la tensione di fase Uf finché la velocità V di rotazione del rotore 14 raggiunge la velocità limite VLmin. La velocità limite VLmin può essere, ad esempio, pari a 40 giri al minuto.

In caso di risposta positiva, l’unità di controllo e comando 28 comanda il dispositivo di generazione di magnetizzazione 22 per fornire la magnetizzazione necessaria e modularla in funzione della posizione relativa tra rotore 14 e statore 16 indicata dal dispositivo di rilevazione della posizione 26.

Successivamente, il metodo prevede di verificare se la tensione generata Uout è maggiore o uguale a un valore di tensione impostato Ulset. In forme di realizzazione, il valore Ulset può essere impostato a circa 20V. Tale valore di Ulset può essere un parametro di riferimento che viene considerato, ad esempio dall’unità di controllo e comando 28 per la valutazione della suddetta condizione di funzionamento minimo dell’ alternatore 12.

Nel caso di risposta negativa, l’unità di controllo e comando 28 continua a monitorare la tensione disponibile finché raggiunge il valore di tensione impostato Ulset.

In caso di risposta positiva, l’unità di controllo e comando 28 comanda l’attivazione dei due alimentatori 30 ed 32 e determina la modulazione della tensione di eccitazione mediante il dispositivo di generazione di magnetizzazione 22, comandando l’applicazione dell’impulso di magnetizzazione quando un polo rotorico 18 si affaccia ad un polo statorico 20.

Successivamente, il metodo prevede di verificare se la tensione generata Uout è sufficiente ad ottenere in uscita dall’apparato 10 un valore di tensione impostato UOset.

Se la tensione generata Uout non è sufficiente, allora l’unità di controllo e comando modifica le tensioni E1 ed E2 fomite rispettivamente dai due alimentatori 30 e 32 per variare il loro rapporto e quindi modulare in modo diverso la tensione di magnetizzazione fornita dal dispositivo di generazione di magnetizzazione 22 al polo di eccitazione.

Il metodo prevede quindi di verificare se la corrente in uscita Iout è maggiore di un valore di corrente massimo Imax determinato dalla velocità V di rotazione del rotore 14, ed eventualmente di ridurre la modulazione della tensione di eccitazione agendo sul dispositivo di generazione di magnetizzazione 22, per poi tornare a confrontare la tensione generata Uout con il valore di tensione impostato UOset.

Se la tensione generata Uout è sufficiente, allora possono essere connessi i carichi, ad esempio l’inverter 44 e le utenze a valle di quest’ultimo.

Successivamente, il metodo prevede di attivare i due alimentatori 30 ed 32 e modulare la tensione di eccitazione mediante il dispositivo di generazione di magnetizzazione 22, comandando l’applicazione dell’impulso di magnetizzazione quando un polo rotorico 18 si affaccia ad un polo statorico 20.

Se la risposta è positiva, allora l’unità di controllo e comando 28 regola il circuito di regolazione PWM per mantenere le condizioni di velocità V e tensione Uout voluta.

Se la risposta è negativa, allora Punita di controllo e comando 28 verifica se la velocità V del rotore sta rallentando, e in tal caso, se sta rallentando di un numero di giri superiore a un valore percentuale impostato Nset.

Nel caso di risposta negativa, ovvero se la velocità V non sta diminuendo, oppure se sta diminuendo poco in percentuale, il metodo prevede di regolare la tensione di magnetizzazione agendo sul dispositivo di regolazione PWM.

Nel caso di risposta positiva, ovvero se la velocità V sta diminuendo rapidamente, allora il metodo prevede la riduzione della corrente e/o tensione di magnetizzazione modulata dei due alimentatori 30 e 32 e la variazione della modulazione della corrente e/o tensione di eccitazione mediante il dispositivo di generazione di magnetizzazione 22.

È chiaro che all’apparato di generazione di energia elettrica ed al metodo di gestione fin qui descritti possono essere apportate modifiche e/o aggiunte di parti, senza per questo uscire dall’ambito del presente trovato.

È anche chiaro che, sebbene il presente trovato sia stato descritto con riferimento ad alcuni esempi specifici, una persona esperta del ramo potrà senz’altro realizzare molte altre forme equivalenti di apparato di generazione di energia elettrica e metodo di gestione, aventi le caratteristiche espresse nelle rivendicazioni e quindi tutte rientranti nell’ambito di protezione da esse definito.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per la generazione di energia elettrica comprendente un alternatore (12) dotato di un rotore (14) provvisto di almeno una coppia di poli rotorici (18) e collegabile ad un organo di fornitura di energia meccanica per indurre la rotazione del rotore (14), e di uno statore (16) provvisto di una pluralità di poli statorici (20), caratterizzato dal fatto che comprende: - un dispositivo di generazione di magnetizzazione (22), generante una magnetizzazione di base in almeno uno tra detti poli rotorici (18) e detti poli statorici (20); - un dispositivo di rilevazione della posizione (26) che rileva la posizione angolare di ciascun polo rotorico ( 18) rispetto ad almeno un corrispondente polo statorico (20); - un’unità di controllo e comando (28) collegata almeno al dispositivo di generazione di magnetizzazione (22) e al dispositivo di rilevazione della posizione (26), detta unità di controllo e comando (28) essendo configurata per comandare Γ induzione in un polo rotorico (18) o in un polo statorico (20), di un impulso di magnetizzazione idoneo a generare un incremento della tensione indotta sullo statore (16), o rispettivamente sul rotore (14), quando detto polo rotorico (18) è sostanzialmente in corrispondenza di un polo statorico (20).
2. 2. Apparato come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende sei o più coppie di poli rotorici ( 18) e/o poli statorici (20).
3. 3. Apparato come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di rilevazione della posizione (26) è una ruota fonica, o un encoder di tipo incrementale o assoluto, o un qualsiasi altro dispositivo idoneo a determinare la posizione del rotore (14) rispetto allo statore (16).
4. 4. Apparato come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un dispositivo di rilevazione della velocità (24) di rotazione di detto rotore (14) rispetto a detto statore (16) configurato per rilevare una condizione di funzionamento minimo di detto alternatore (12).
5. 5. Apparato come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dai fatto che comprende almeno due alimentatori (30, 32), di cui un primo alimentatore (30) che fornisce la tensione di magnetizzazione di base (El) e un secondo alimentatore (32) che fornisce la tensione del impulso di magnetizzazione (E2) collegati all’unità di controllo e comando (28) e al dispositivo di generazione di magnetizzazione (22).
6. 6. Apparato come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un circuito di regolazione (34) di tipo PWM (Pulse Width Modulation) che comprende un generatore di PWM e un comparatore di tensione confrontante le tensioni (El, E2) per commutare le tensioni di uscita dei due alimentatori (30, 32) per fornire al polo di eccitazione una magnetizzazione modulata.
7. 7. Apparato come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un circuito di protezione (46), configurato per disalimentare il polo rotorico (18) o il polo statorico (20), nel caso di malfunzionamenti dei circuiti elettrici connessi all’ alternatore (12).
8. 8. Metodo di gestione del funzionamento di un apparato di generazione di energia elettrica comprendente un alternatore (12) dotato di un rotore (14) provvisto di almeno una coppia di poli rotorici (18) e collegato ad un organo di fornitura di energia meccanica per indurre la rotazione del rotore (14), e di uno statore (16) provvisto di una pluralità di poli statorici (20), caratterizzato dal fatto che prevede di: - generare una magnetizzazione di base in detto rotore (14) o detto statore (16) alimentando almeno un polo rotorico (18), o rispettivamente, un polo statorico (20) almeno quando detto alternatore (12) è in una sua condizione di funzionamento minimo; - rilevare la posizione di ciascun polo rotorico (18) rispetto ad almeno un corrispondente polo statorico (20) e, - quando detto polo rotorico (18) è posto sostanzialmente in corrispondenza di un corrispondente polo statorico (20), indurre in detto polo rotorico (18) o in detto polo statorico (20) un impulso di magnetizzazione idoneo a generare un incremento della tensione indotta sullo statore (16), o, rispettivamente sul rotore (14).
9. 9. Metodo come nella rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che comprende la valutazione di detta condizione di funzionamento minimo che prevede almeno uno fra: rilevazione di detta tensione indotta e confronto con un valore di riferimento minimo, e/o rilevazione della velocità di rotazione di detto rotore (14) e confronto con un valore di velocità minima.
10. 10. Metodo come in una qualsiasi delle rivendicazioni 8 o 9, caratterizzato dal fatto che prevede di modulare la tensione di magnetizzazione applicata al polo rotorico (18) o al polo statorico (20) mediante un circuito di regolazione (34) di tipo PWM (Pulse Width Modulation) che comprende un generatore di PWM e un comparatore di tensione, configurato per confrontare le tensioni fomite da almeno due alimentatori (30, 32) per ottenere un’alimentazione modulata ad almeno due livelli.