PL223857B1 - Napęd synchroniczny z silnikiem asynchronicznym pierścieniowym - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest napęd synchroniczny z silnikiem asynchronicznym pierścieniowym, znajdujący zastosowanie w transporcie oraz w rolnictwie, głównie w napędach pojazdów elektrycznych oraz maszyn rolniczych. Rozwiązanie może też być przydatne w innych dziedzinach.

Znane są szeroko stosowane silniki asynchroniczne, w tym silniki pierścieniowe z uzwojeniem wirnika połączonym w gwiazdę. Prędkość obrotowa wirnika takiego silnika jest niższa od prędkości wirowania pola magnetycznego stojana. W opisanym silniku prędkość obrotowa nie może być dokładanie zadawana poprzez częstotliwość napięcia zasilającego. Taka właściwość jest cechą silnika synchronicznego.

Z opisu niemieckiego wynalazku, zgłoszonego na Polskę w ramach procedury PCT za nr P-321 676, opublikowanego w Biuletynie Urzędu Patentowego RP nr 26.1997, znany jest napęd z pierścieniowym asynchronicznym silnikiem trójfazowym. W rozwiązaniu tym silnik od strony stojana zasilany jest za pośrednictwem przemiennika dla ustalenia napięcia Us, bądź prądu stojana i częstotliwości stojana fs, a od strony wirnika za pośrednictwem dodatkowego przemiennika, w celu ustawienia napięcia wirnika, bądź prądu wirnika i częstotliwości wirnika. Pracą obu przemienników zarządza urządzenie sterujące w ten sposób, że moc silnika w zadanym rozmiarze zostaje rozdzielona na obydwa przemienniki. Z różnicy częstotliwości stojana i częstotliwości wirnika wynika prędkość obrotowa silnika. Dla umożliwienia pracy silnika z napięciami wysokimi, a przekształtników z niskimi napięciami, między uzwojeniami silnika a przekształtnikami włącza się transformatory, których moc może być niewielka, dzięki temu, że zarówno częstotliwość stojana jak i częstotliwość wirnika silnika nie schodzą poniżej pewnej częstotliwości minimalnej. Rozwiązanie umożliwia regulowanie prędkości obrotowej aż do stanu zatrzymania.

Celem rozwiązania według wynalazku jest opracowanie urządzenia wyróżniającego się cechami i możliwościami charakterystycznymi jednocześnie dla silnika synchronicznego i asynchronicznego, przy wykorzystaniu standardowego silnika pierścieniowego. Chodzi głównie o uzyskanie stałej prędkości obrotowej niezależnie od zmian wartości momentu hamującego oraz wyeliminowanie efektu utknięcia układu napędowego po wypadnięciu z synchronizmu. Realizacja postawionych zadań jest możliwa dzięki zastosowaniu falownika napięcia oraz odpowiedniego algorytmu sterowania, zadającego amplitudy i częstotliwości generowanych fal prądowych. Falownik i odpowiedni algorytm sterowania umożliwiają rozruch i prace silnika asynchronicznego w trybie synchronicznym. Realizacji postawionego celu służy odpowiednio zbudowany układ.

Istotę wynalazku stanowi układ napędu synchronicznego z silnikiem asynchronicznym pierścieniowym, umożliwiający pracę tego silnika jako silnik synchroniczny. Układ wyróżnia się tym, że uzwojenia stojana pierścieniowego silnika są wzajemnie połączone szeregowo lub równolegle i włączone w szereg z wejściem zasilającym prądu stałego w obwód prądu stałego falownika. Uzwojenia stojana są połączone z jedną odwróconą fazą zasilania, tak aby strumienie magnetyczne tych faz dodawały się. Wyjście falownika jest połączone z uzwojeniem wirnika pierścieniowego silnika, zasilanym bezpośrednio prądem sinusoidalnie zmiennym z tego falownika. W szczelinie falownika tworzy się nieruchome pole elektromagnetyczne, będące sumą pól magnetycznych stojana i wirnika pierścieniowego silnika. Wirnik silnika jest zmuszony do ruchu obrotowego z taką prędkością i w takim kierunku aby jego pole magnetyczne było nieruchome i jednocześnie sprzęgnięte z nieruchomym polem magnetycznym stojana.

Falownik jest połączony ze sterującym układem, dającym niezależną regulację częstotliwości i amplitudy fal prądowych, generowanych przez ten falownik, zasilających pierścieniowy silnik co eliminuje potrzebę stosowania czujnika położenia wirnika pierścieniowego silnika w stosunku do stojana. Generowane na wyjściu falownika trójfazowe sinusoidalne fale prądowe o niezależnie regulowanej amplitudzie i częstotliwości są przenoszone na uzwojenie wirnika pierścieniowego silnika. Odpowiednią amplitudę i częstotliwość fal prądowych zapewnia współpracujący z falownikiem sterujący układ, posiadający dwa wejścia. Dwa wejścia zapewniają niezależną regulację prędkości obrotowej silnika i jego momentu.

Realizacja rozwiązania, zgodnie z wynalazkiem umożliwia szerokie stosowanie w przemyśle standardowych silników asynchronicznych o właściwościach silnika synchronicznego, poprzez uzyskanie możliwości dokładnego zadawania prędkości obrotowej wirnika za pomocą zmiany częstotliwości napięcia zasilającego, właściwego dotychczas dla silników synchronicznych, bez obawy zaniku momentu napędowego po wypadnięciu silnika z synchronizmu. Układ, zgodnie z wynalazkiem

PL 223 857 B1 pozwolił na wyeliminowanie podstawowej wady silników synchronicznych, polegającej na zaniku momentu napędowego po wypadnięciu z synchronizmu, przy braku czujnika położenia wirnika.

Przedmiot wynalazku został objaśniony w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, przedstawiającym schemat ideowo-blokowy pracy napędu.

Napęd synchroniczny z silnikiem asynchronicznym pierścieniowym, zgodnie z wynalazkiem, wyróżnia się tym, że połączone między sobą równolegle uzwojenia stojana 1 włączone są szeregowo w obwód prądu stałego falownika napięcia FAL PWM, emitującego na wyjściu Wy trójfazowe sinusoidalne fale prądowe o niezależnie regulowanej amplitudzie i częstotliwości. Uzwojenia stojana 1 pierścieniowego silnika M włączone są w szereg z wejściem zasilającym prądu stałego ze źródła Udc. Wyjście Wy falownika FAL PWM jest połączone z uzwojeniem 2 wirnika 3. Falownik FAL PWM współpracuje ze sterującym układem US, umożliwiającym niezależną regulację częstotliwości i amplitudy fal prądowych poprzez sterujące wejścia f i U fal prądowych, zasilających wirnik 3 pierścieniowego silnika M, eliminując potrzebę stosowania czujnika położenia wirnika 3 pierścieniowego silnika M w stosunku do stojana 1.

Claims (1)

1. Napęd synchroniczny z silnikiem asynchronicznym pierścieniowym, w którym uzwojenia stojana są połączone z uzwojeniami wirnika, znamienny tym, że uzwojenia stojana (1) pierścieniowego silnika (M) wzajemnie połączone szeregowo lub równolegle, włączone są w szereg z wejściem zasilającym prądu stałego ze źródła (Udc) w obwód zasilający prądu stałego falownika (FAL PWM), którego wyjście (Wy) jest połączone z uzwojeniem wirnika (3) pierścieniowego silnika (M), przy czym falownik (FAL PWM) jest połączony z układem sterującym (US) dającym niezależną regulację częstotliwości i amplitudy fal prądowych poprzez sterujące wejścia (f) i (U), fal generowanych przez falownik (FAL PWM), zasilających pierścieniowy silnik (M) eliminując potrzebę stosowania czujnika położenia wirnika (3) pierścieniowego silnika (M) w stosunku do stojana (1).