PL444192A1 - Sposób sterowana silnika bezszczotkowego BLDC z ogranicznikiem momentu obrotowego w układzie regulacji prędkości - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia przedstawionym na rysunku jest sposób regulacji prędkości z ogranicznikiem momentu maksymalnego silnika BLDC zasilanego z falownika, charakteryzuje się tym, że stosuje się niezależne pętle regulacji prędkości i prądu, w głównej pętli regulacji prędkości obrotowej od zadanej wartości prędkości obrotowej n_z, odejmuje się zmierzoną wartość prędkości obrotowej n silnika i wyznaczony uchyb, który wprowadza się do programowalnego regulatora histerezowego, zaś w odrębnej pętli regulacji momentu maksymalnego silnika T_max na podstawie proporcjonalnej wartości momentowego współczynnika silnika K_t, wyznaczana się wartość składowej maksymalnej prądu i_q _max, następnie oblicza się uchyb regulacji pomiędzy wartościami i_q _max i rzeczywistą wartością prądu silnika składowej czynnej i_q wyrażoną w wirującym układzie odniesienia, według transformaty Parka przy wykorzystaniu sygnału położenia wirnika Ɵr. Uchyb ten wprowadza się analogicznie jak w pętli regulacji prędkości obrotowej do programowalnego regulatora histerezowego, z możliwością zmiany szerokości strefy histerezy niezależnie dla każdego z regulatorów, przy czym na logicznych sygnałach wyjściowych regulatorów prędkości i prądu wykonuje się operacja AND, której wyjście determinuje uruchomienie zasilania i włączenie sterowania, a następnie w wyniku kolejnej operacji AND sygnału sterującego i tablicy przełączeń tranzystorów, określenia właściwego sektora komutacji na podstawie sygnału położenia wirnika, zasilana jest odpowiednia para tranzystorów silnika.

Description

Sposób sterowana silnika bezszczotkowego BLDC z ogranicznikiem momentu obrotowego w ukladzie regulacji predkosci Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowana silnika bezszczotkowego BLOC z ogranicznikiem momentu obrotowego w ukladzie regulacji predkosci, w którym zastosowano ogranicznik momentu obrotowego, przy wykorzystaniu regulatorów histerezowych z uwzglednieniem petli regulacji predkosci i momentu obrotowego obliczanego na podstawie skladowej czynnej pradu ia.

Trójfazowe silniki synchroniczne BLOC (ang. Brush/ess Direct-Current Motor) ze wzbudzeniem wlasnym od magnesów trwalych, wymagaja sprzetowej realizacji elektronicznego ukladu komutacji, dzieki któremu mozliwe jest zasilanie odpowiednich par uzwojen stojana silnika - silnik synchroniczny. Dlatego silniki te najczesciej zasilane sa przy pomocy ukladów falownikowych jak równiez w algorytmie sterowania wymagaja sygnalu sprzezenia polozenia wirnika. Algorytm sterowania silnikiem BLOC, polega na cyklicznym okresleniu wlasciwego N sektora komutacji (1 z 6) oraz na tej podstawie kluczowanie odpowiedniej pary tranzystorów falownika. Wybór sektora realizuje sie zwykle na podstawie logicznych sygnalów polozenia wirnika e z trzech czujników hallotronowych (h1, h2, h,), o wartosci sygnalów logicznych O V=O i 5 V=l (w technologii TTL). W ukladzie sterowania wykorzystuje sie tablice przelaczen ze zdefiniowanymi szescioma sektorami komutacji, które wybiera sie na podstawie wartosci kodowej z trzech cyfrowych sygnalów polozenia wirnika. Stany te okreslaja logiczne sygnaly wyjsciowe (H i L), które stanowia odpowiednia pare kluczowania tranzystorów falownika, na podstawie których zasilana jest wlasciwa para uzwojen silnika. Typowy uklad falownika posiada szesc tranzystorów (3 górne H i 3 dolne L), gdzie górny H - podlaczony jest do potencjalu dodatniego prostownika falownika oraz dolny L - podlaczony do masy zasilania prostownika - potencjal minus.

Najczesciej realizowany jest prosty uklad regulacji predkosci katowej lub obrotowej. Petla regulacji predkosci realizowana jest zwykle w nastepujacy sposób: wartosc zadana predkosci katowej (wz) lub obrotowej (nz) wprowadzana jest do ukladu regulacji w postaci cyfrowej lub na podstawie wartosci analogowej, przy pomocy przetwornika ADC. Zadany sygnal predkosci z postaci analogowej, napiecia lub pradu, zamieniany jest na postac cyfrowa i skalowany w jednostkach wielkosci mierzonej w rad/s lub obr /min, na przyklad 5 V= 3000 obr /min kodowany w postaci wartosci zmiennoprzecinkowej niecalkowitej. Pomiar predkosci katowej (w) lub obrotowej (n) oraz polozenie wirnika realizuje sie czesto przy zastosowaniu z resolvera z ukladem elektronicznym R2D - transformator polozenia katowego, ang. Resolver to Digital Converter lub enkodera impulsowego z licznikiem. W znacznej wiekszosci silniki BLDC najczesciej wyposazane sa w uklad enkoderowy do pomiaru predkosci, który polaczony jest sztywno z wirnikiem silnika we wspólnej obudowie.

PL 444192 A1 2/12Sygnaly wyJsc10we enkodera stanowia ciag impulsów. Zwykle dostepne sa trzy sygnaly; kanal A, kanal B, przesuniety wzgledem A o 90°, oraz kanal C, tak zwany zerowy, który wskazuje wartosc absolutna - pelny obrót wirnika. Zastosowanie licznika impulsów (LI) w okreslonym przedziale czasu umozliwia wyznaczenie predkosci katowej lub obrotowej. Czestotliwosc zliczania jest zwykle znacznie wieksza niz czestotliwosc próbkowania mikroprocesora ukladu sterowania, czyli okresu wykonywania programu.

Na podstawie wartosci zadanej i mierzonej, na przykladzie predkosci katowej, wyznaczany jest uchyb regulacji e = u>L - w lub e = Jh - n który wprowadzany jest na wejscie regulatora typu PI. W przypadku zastosowania regulatora PI uchyb regulacji ( e) jest wzmacniany i calkowany, co powoduje zwiekszenie sygnalu wyjsciowego regulatora sterujacego tranzystorami falownika, co w nastepstwie prowadzi do zwiekszenia napiecia zasilania i predkosci oraz jednoczesne zmniejszenie uchybu predkosci. W stanie ustalonym gdy wartosc zadana i mierzona sa równe, przypadek W;,= w lub /1:, = n, uchyb regulacji wynosi O rad/s lub O obr /min, a sygnal wyjsciowy regulatora równiez jest zerowy.

Wyjscie regulatora typu PI stanowi zwykle sygnal wypelnienia o zmiennej szerokosci trwania impulsów, proporcjonalnego do napiecia zasilania silnika, czesto wyrazanego w jednostkach wzglednych (PWM, np. 100% odpowiada pelnemu napieciu zasilania silnika). W algorytmie modulacji PWM wartosc wypelnienia porównywana jest z przebiegiem piloksztaltnym, tzw. przebiegiem nosnym o wysokiej czestotliwosci: 4, 8, 16 i wiecej kHz, a w wyniku porównania okreslany jest czas trwania impulsu sterowania tranzystorami. W wyniku pobudzania silnika impulsami o zmiennej szerokosci ( dla wartosci wypelnienia mniejszych od 100%) zmieniana jest wartosc srednia napiecia zasilania stojana, na przyklad dla sygnalu 50%, przy napieciu prostownika falownika 560V, silnik zasilany jest napieciem miedzyfazowym o wartosci Voc = ±280V. Cyfrowy sygnal wypelnienia, wprowadzany jest do tablicy przelaczen i na podstawie trzech mierzonych sygnalów cyfrowych polozenia wirnika 0 (h1, !12 i /13) przy pomocy wejsc cyfrowych (DI), okreslona zostaje wlasciwa para tranzystorów, które zasilaja odpowiednie uzwojenia stojana silnika BLDC (sygnaly Hi L) odpowiednio fazy A, Bi C. Sygnaly wyjsciowe tablicy przelaczen (Hi L) fizycznie wyprowadzone sa przy pomocy wyjsc cyfrowych (DO).

Bardzo dobre wlasnosci dynamiczne tych silników jak równiez maly moment bezwladnosci, duzy moment rozruchowy, duza sprawnosc na poziomie 95% w warunkach znamionowych zasilania i predkosci oraz ciagle obnizanie kosztów produkcji, sa glównymi powodami ich coraz powszechniejszego stosowania w rozwiazaniach napedowych, zarówno w pojazdach elektrycznych oraz jako zródlo napedów przemyslowych.

Istotnym czynnikiem, który czesto nie jest omawiany, a wrecz pomijanym, jest kontrola nad wartoscia pradu pobieranego przez silnik BLDC - regulacja pradu stojana lub regulacja momentu obrotowego. Zastosowanie petli regulacji pradu PL 444192 A1 3/12lub momentu jest konieczne ze wzgledu na fakt, iz silniki tego typu cechuja sie nawet 4-krotnie wiekszym momentem rozruchowym od generowanego, znamionowego momentu ciaglego, a moment w tym przypadku jest proporcjonalny do pradu silnika.

Brak regulacji pradu stojana lub momentu obrotowego silnika, moze w szczególnych przypadkach, takich jak zly dobór falownika o zbyt malej wydajnosci pradowej tranzystorów lub rozruch ukladu napedowego pod obciazeniem znacznie wiekszym od nominalnego, przyczynic sie do uszkodzenia tranzystorów, uzwojenia samego silnika lub stopniowego rozmagnesowania magnesów trwalych. Zjawisko to jest szczególnie niebezpieczne w przypadku zasilania bateryjnego (Li-lon), gdzie duzy pobór pradu moze gwaltownie nagrzac ogniwa baterii, nawet stanowic przyczyne jej rozerwania i pozaru.

Znanym rozwiazaniem ze stanu techniki jest wprowadzenie do tradycyjnego ukladu regulacji predkosci z regulatorem typu PI w torze glównym regulacji wypelnienia, podukladu regulacji pradu stojana z regulatorem typu PI co pokazano na fig. 2. Konieczne jest tu obliczenie wartosci pradu stojana I na podstawie mierzonego wektora pradów fazowych iA, is i ie, którego wartosc stanowi sprzezenie zwrotne w petli regulacji pradu silnika. W tym przypadku zadanie syntezy parametrów dwóch regulatorów predkosci i pradu jest trudne do rozwiazania analitycznego, ze wzgledu na zlozonosc ukladu zastepczego z dwoma regulatorami. Uzyskanie wlasciwych nastaw regulatorów zapewniaja licznie opisywane metody numeryczne z wykorzystaniem nieliniowych modeli matematycznych silnika BLDC, ale ich zastosowanie w przemysle jest ograniczone, ze wzgledu na zlozonosc obliczen i koniecznosc dodatkowych pomiarów parametrów. Mozliwe jest uproszczenie ukladu regulacji poprzez wprowadzenie nieliniowego regulatora histerezowego pradu stojana (fig. 3), co znacznie upraszcza strukture, ale mocno zmienia charakter ukladu z liniowego na nieliniowy, a co w dalszej konsekwencji uniemozliwia analityczne rozwiazanie zadania syntezy ukladu sterowania.

W licznych opracowaniach literaturowych publikacjach, prostym rozwiazaniem ukladu regulacji pradu stojana silnika BLDC jest uklad sterowania z regulatorami histerezowymi RHA, RHs i RHe pradów fazowych iA, is i ie znany ze stanu techniki. Algorytm regulacji pradu fazowego polega na wyznaczeniu uchybu regulacji na przykladzie pradu w fazie A - eA, oraz wysterowanie odpowiedniego tranzystora w galezi dodatniej H lub ujemnej L, odpowiednio fazy A, B lub C zgodnie z tablica przelaczen.

Sposób regulacji predkosci i pradu stojana silnika BLDC zasilanego z falownika, moze zostac zrealizowany przez zastosowanie dwóch niezaleznych podukladów regulacji z zastosowaniem regulatorów histerezowych. Wymagane sa tu sygnaly pradów fazowych iA, iB i ie, przy pomocy ukladów Hallotronowych 3xLEM na przyklad LASS-P, polozenie katowe e przy pomocy trzech sygnalów z czujników Hallotronowych h1, h2 i hJ, predkosc katowa eu za pomoca sygnalów enkodera i licznika impulsów LI oraz sygnal polozenia wirnika Br, do realizacji algorytmu sterowania kontrolno-pomiarowego. Sygnal polozenia absolutnego wirnika PL 444192 A1 4/12wykorzystywany jest do transformacji 3-fazowego ukladu odniesienia ABC pradów fazowych do ukladu wirujacego d-q.

Sposób sterowana silnika bezszczotkowego BLDC z ogranicznikiem momentu obrotowego w ukladzie regulacji predkosci, charakteryzuje sie tym, ze w petli regulacji predkosci obrotowej od wartosci zadanej nz, odejmowana jest mierzona wartosc predkosci katowej w silnika i obliczany jest uchyb regulacji e = Wz - w, który wprowadzony jest do regulatora histerezowego. Nastepnie na jego wyjsciu jezeli wartosc uchybu en> hn wystawiany jest sygnal logiczny 1. Gdy wartosc uchybu predkosci obrotowej spelnia warunek en> -hn, a wartosc pochodnej maleje e"rt (k + 1) < e"n(k) podtrzymywany jest nadal sygnal sterujacy na poziomie logicznym „1".

Natomiast w przypadku gdy wartosc uchybu spada ponizej wartosci en< -hn wystawiany jest sygnal logiczny „O". Linia przelaczenia od wartosci uchybu od -hn do hn w przypadku gdy wartosc pochodnej uchybu rosnie tj. e"n(k + 1) > e'n(k) utrzymywana jest wartosc logiczna „O" do momentu osiagniecia wartosci wiekszej od hn, wtedy nastepuje ponowne przelaczenie na wartosc logiczna „1". Analogicznie dziala regulator histerezowy w petli regulacji momentu na podstawie skladowej czynnej pradu ia w której obliczany jest uchyb e;a. Poziom logiczny „1" stanowi sygnal wlaczenia zasilania silnika - wysterowania tranzystorów zgodnie ze znanym ze stanu techniki algorytmem sterowania zgodnym z kierunkiem wskazówek zegara lub przeciwnym (CW i CCW).

Poniewaz zarówno sygnal wyjsciowy regulatorów histerezowych predkosci i pradu sa sygnalami logicznymi w wynalazku nalezy zastosowac funkcje logiczna AND, która wykonuje operacje na sygnalach wyjsciowych regulatorów predkosci i pradu, a w wyniku dzialania tej funkcji wystawiany jest sygnal 1 lub O. Sygnal logiczny 1 utrzymywany jest w przypadku stanu przejsciowego predkosci i gdy wartosc momentu silnika jest mniejsza od zadanego momentu maksymalnego T max. Wartosc maksymalnej mozliwej wartosci skladowej czynnej - zadanej pradu stojana ia, wyznaczana jest na podstawie wspólczynnika momentowego Kt wyrazonego w jednostkach Nm/A. W stanie ustalonym, algorytm utrzymuje staly uchyb predkosci i pradu (momentu) w granicach okreslonych poziomem histerezy, a srednia wartosc napiecia zasilania silnika, zalezy od czasu trwania impulsu wyjsciowego operacji AND na sygnalach wyjsciowych regulatorów predkosci i skladowej czynnej pradu.

Znaczace uproszczenie struktury sterowania z fig. 2, czesciowo realizuje uklad wynalazku przedstawiony na fig. 1, w którym zastepuje sie liniowe regulatory PI predkosci i pradu, nieliniowym regulatorem histerezowym, a rozwiazanie to zapewnia skuteczna kontrole nad wartoscia maksymalna momentu silnika.

Oczywisty jest fakt, ze wprowadzenie petli regulacji pradu, fizycznie wplywa na ograniczenie momentu rozwijanego przez silnik oraz znaczaco na dynamike predkosci.

W strukturze sterowania z fig. 2 i fig. 3, zastosowano modulacje szerokosci impulsów napiec zasilania, znane ze stanu techniki. W przypadku przedmiotowego wynalazku, PWM jest w pewnym sensie niepotrzebne, ze wzgledu na fakt zastapienia PL 444192 A1 /12tej funkcji przez regulator histerezowy skladowej czynnej pradu. W sposobie sterowania, zrezygnowano wiec calkowicie z modulacji PWM. Wylaczenie ze struktury sterowania modulatora PWM, umozliwia implementacje ukladu na znacznie prostszym i tal'lszym mikrokontrolerze, takim jak Arduino czy Espressif. Nie jest juz wymagana duza czestotliwosc próbkowania, potrzebna do generowania fali nosnej PWM.

Uklad przedstawiony na fig. 1 realizuje sposób ,,logicznego" sterowania predkoscia i momentem bezszczotkowego, trójfazowego silnika pradu stalego typu BLDC, który zawiera typowa strukture regulacji predkosci i pradu (momentu) z dwoma nieliniowymi programowalnymi regulatorami histerezowymi oraz nie zawiera podukladu modulacji PWM. Schemat blokowy z rysunku fig. 1 przedstawia zglaszany wynalazek tj. sposób sterowana silnika bezszczotkowego BLDC z ogranicznikiem momentu obrotowego w ukladzie regulacji predkosci, a w którym wyszczególniono elementy skladowe i pomiarowe uklady elektroniczne znane ze stanu techniki: a) Falownik (kol'lcówka mocy z tranzystorami lGBT sterowanymi driverami), któ1y stanowi zródlo zasilania silnika BLDC. W prototypie falownik polaczony jest z silnikiem o mocy 2,5 kW przy pomocy 3 przewodów LgY o przekroju min. 1,5 mm 2 • b) Silnik BLDC zawiera: enkoder impulsowy i trzy czujniki Hallotronowe (h1, h2 i hJ). Na podstawie sygnalów enkodera (A, Bi C) wyznaczana jest predkosc katowa polozenie katowe wirnika Br, (razem 12 przewodów o srednicy 0,35 mm 2 ). c) Pomiar i obliczenie wartosci predkosci katowej w realizuje mikrokontroler z licznikiem impulsów (w prototypie karta dSpace 1103 z licznikiem impulsów LI) - oznaczony linia przerywana. Fizycznie sygnaly enkodera polaczone sa z wejsciem licznika ENC karty dSpace 1103. d) Pomiar pradu realizowany przy zastosowaniu trzech identycznych ukladów pomiarowych z przetwornikami Hallotronowymi typu prad-prad 3xLEM (iA, in, ie), a które cechuje mozliwosc dowolnego skalowania poziomu mierzonego sygnalu. W kazdym z 3 podukladów pomiarowych pradu zastosowano trzy identyczne rezystory pomiarowe (RA, Rn, Re) w celu przetwarzania sygnalu pradowego na napieciowy. Uklad pomiaru pradu na przykladzie fazy A, przedstawia fig. 4. Elementy te realizuja funkcje przetwornika typu prad-napiecie oraz umozliwiaja wyskalowanie wartosci mierzonej pradu do proporcjonalnej wartosci napiecia (w prototypie 1 V odpowiada wartosci skutecznej pradu 5 A).

Z kolei pomiar przetworzonych sygnalów pradów na napiecie realizowano przy pomocy trzech przetworników ADC karty dSpace 1103 (ADC1, ADC2, ADC3) o poziomie mierzonego sygnalu w zakresie ±10 V. Wartosc skladowej czynnej pradu stojana ia jest obliczana w nastepujacy sposób na podstawie przetworzonych do postaci cyfrowej sygnalów (iA, in, ie): PL 444192 A1 6/12Zq =~riAsin(0r)+issin(0r- 2 ;)+icsin(0r- 4 ;)1 e) Sygnal polozenia wirnika 0 na podstawie mierzonych sygnalów z 3 identycznych Hallotronowych ukladów pomiaru pradów fazowych (h1, hz, h.,), które podlaczono do wejsc cyfrowych (DI) karty dSpace 1103 wykorzystywany jest do okreslenia wlasciwego sektora sterowania. Pomiar cyfrowych sygnalów polozenia wirnika realizowany jest za pomoca wejsc cyfrowych karty dSpace 1103 (DI). f) Na fig. 1 Linia przerywana oznaczono uklad mikroprocesorowy, przykladowo karta dSpace 1103, który realizuje sposób sterowania i przetwarzania sygnalów, wedlug wynalazku.

Przedstawiony wynalazek na fig. 1 realizuje sposób regulacji predkosci katowej z mozliwoscia ograniczenia maksymalnego momentu obrotowego silnika BLDC.

Sposób sterowania wedlug wynalazku realizowany jest w nastepujaco: a) Od wartosci zadanej predkosci obrotowej nz odejmowana jest mierzona wartosc predkosci obrotowej n silnika. W wyniku operacji otrzymuje sie uchyb regulacji e = n? , - n, który wprowadzony jest do programowalnego regulatora histerezowego toru glównego. W wyniku dzialania regulatora na jego wyjsciu pojawia sie sygnal logiczny 1 gdy wartosc uchybu regulacji predkosci spelnia warunki: 1) en> h11 lub 2) en> -hn i gdy wartosc pochodnej uchybu maleje e·n(k + 1) < e·n(k). Natomiast sygnal logiczny O pojawia sie wtedy gdy wartosc uchybu spelnia warunki 3) en< -hn lub 4) en> -hn i gdy wartosc pochodnej uchybu rosnie e'n(k + 1) > e'n(k). b) W odrebnej i niezaleznej petli regulacji momentu na podstawie wartosci zadanej momentu maksymalnego Tmux i wspólczynnika momentowego Kt silnika, zostaje wyznaczona maksymalna dopuszczalna wartosc skladowej czynnej pradu silnika ia max. Nastepnie miedzy wartoscia zadana - dopuszczalna ia max i rzeczywista wartosci skladowej czynnej pradu ia silnika wyznaczonej na podstawie pradów fazowych iA, iB i ie oraz wartosci wzglednej polozenia wirnika Br przy wykorzystaniu znanej ze stanu techniki transformacji Parka, obliczony zostaje uchyb skladowej czynnej eia, Uchyb ten wprowadzany jest na regulator histerezowy analogicznie jak uchyb predkosci. W wyniku dzialania regulatora na jego wyjsciu pojawia sie sygnal logiczny 1 gdy wartosc uchybu regulacji predkosci spelnia warunki: 1) e;a > ha lub 2) e;a > -ha i gdy wartosc pochodnej uchybu maleje e;q(k + 1) < e;a(k). Natomiast sygnal logiczny O pojawia sie wtedy gdy wartosc uchybu spelnia warunki 3) e;a < -ha lub 4) e;a > -ha i gdy wartosc pochodnej uchybu rosnie e;a(k + 1) > e;a(k). c) Na logicznych sygnalach wyjsciowych regulatorów predkosci i pradu, wykonywana jest operacja AND, a na wyjsciu funkcji wystawiany jest sygnal 1 lub O. Sygnal 1 pojawia sie w przypadku gdy uklad pracuje w stanie nieustalonym predkosci lub wartosc momentu nie przekracza maksymalnej wartosci zadanej.

W przeciwnym przypadku wystawiany jest sygnal sterujacy O.

PL 444192 A1 7/12d) Sygnal wyjsciowy operacji AND dalej przechodzi przez tablice przelaczen, gdzie na podstawie mierzonego sygnalu polozenia wirnika (zakodowanego na 3-bitach) wybiera sie pare wyjsciowa sygnalów sterowania tranzystorów H i L odpowiednio (wg stanów zdefiniowanych w tablicy przelaczen) dla fazy A, Bi C, na których wykonuje sie kolejna operacje AND. Czas wysterowania tranzystora (tj. okres zasilania uzwojenia i zarazem srednia wartosc napiecia zasilania) zalezy od wartosci uchybów predkosci i pradu tj. stanu trwania stanów nieustalonych.

Funkcje ukladu modulacji szerokosci impulsów napiecia zasilania (PWM) w wynalazku przejmuje uklad sterowania z petla pradowa (momentu) z regulatorem histerezowym. Zabezpiecza on równiez elektra-energetyczny uklad zasilania (tranzystory falownika) podczas rozruchu oraz przed przeciazeniem nadmiernym pradem zwarciowym.

Istotna cecha sposobu wedlug wynalazku jest to, ze nie wymaga stosowania filtracji mierzonego pradu stojana, a duza czestotliwosc przelaczen regulatora histerezowego ogranicza sie poprzez odpowiednie ustawienie strefy histerezy, w badaniach ustawiono wartosc 0,25 A. Proponowane rozwiazanie moze byc z powodzeniem stosowane równiez przy sterowaniu innych silników, równiez maszyn asynchronicznych.

PL 444192 A1 8/12Zastrzezenie patentowe Sposób regulacji predkosci z ogranicznikiem momentu maksymalnego silnika BLDC zasilanego z falownika, w którym mierzy sie sygnaly pradów fazowych iA, iB i ie, przy pomocy ukladów Hallotronowych 3xLEM, polozenie katowe wirnika e przy pomocy trzech sygnalów z czujników Hallotronowych h1, h2 i h.~ wykorzystywane do okreslenia sektora komutacji, polozenia wirnika Br do transformacji Parka wektora pradów fazowych iA, iH, ie do ukladu wirujacego pradów fazowych ic1, ia oraz predkosc obrotowa n za pomoca sygnalów enkodera i licznika impulsów LI, znamienny tym, ze stosuje sie niezalezne petle regulacji predkosci i pradu, w glównej petli regulacji predkosci obrotowej od zadanej wartosci predkosci obrotowej nz, odejmuje sie zmierzona wartosc predkosci obrotowej n silnika i wyznaczony uchyb, który wprowadza sie do programowalnego regulatora histerezowego, zas w odrebnej petli regulacji momentu maksymalnego silnika Tmax na podstawie proporcjonalnej wartosci momentowego wspólczynnika silnika Kt, wyznaczana sie wartosc skladowej maksymalnej pradu ia max, nastepnie oblicza sie uchyb regulacji pomiedzy wartosciami ia max i rzeczywista wartoscia pradu silnika skladowej czynnej ia wyrazona w wirujacym ukladzie odniesienia, wedlug transformaty Parka przy wykorzystaniu sygnalu polozenia wirnika Br, przy czym uchyb ten wprowadza sie analogicznie jak w petli regulacji predkosci obrotowej do programowalnego regulatora histerezowego, z mozliwoscia zmiany szerokosci strefy histerezy niezaleznie dla kazdego z regulatorów, przy czym na logicznych sygnalach wyjsciowych regulatorów predkosci i pradu wykonuje sie operacja AND, której wyjscie determinuje uruchomienie zasilania i wlaczenie sterowania, a nastepnie w wyniku kolejnej operacji AND sygnalu sterujacego i tablicy przelaczen tranzystorów, okreslenia wlasciwego sektora komutacji na podstawie sygnalu polozenia wirnika, zasilana jest odpowiednia para tranzystorów silnika.

PL 444192 A1 9/12dSpace 1103 ---------------------------------------------, I ~---~ ~-----~ . 'n- 1 • ••• n ' - -1: : -------------------------------· ----------·---------.J.' ---- - -· -- - -- - - ------ - -- --- -- - - ------ -- - - -- - Fig. 1 I I I ·­ ' I I I PL 444192 A1 /12dSpace 1103 dSpace "1103 w STAN TECHNIKI hist.

Tablica przelaczen _b_ Fig. 2 Tablica przelaczen Fig. 3 PWM ADC1 GND !;; LEMA ! ! I R/\ I ip=5 V +15 V -15 V I I I : iA=SOA I jA l • - - - - - - ' IA Fig. 4 PL 444192 A1 11/12al. Niepodleglosci 188/192 00-950 Warszawa, skr. poczt. 203 URZAD PATENTOWY RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ tel.: (+48) 22 579 OS SS I fax: (+48) 22 579 00 01 e-mail: kontakt@uprp.gov.pl I www.uprp.gov.pl SPRAWOZDANIE O STANIE TECHNIKI DO ZGLOSZENIA NR P.444192 Klasyfikacja zgloszenia: H02P 6/06 Podklasy w któ0 eh prowadzono poszukiwania: H02P Baz) komputerowe,, któ1ych pro\\ adzono poszukiwania: cspaccnct. patcntscopc, bazy UPRP Kategoria dokumentu A A A A Dokwncnt) - z podana idcnty fikacja KR20170034115 A (NTREX CO LTD [Iill]) 26-04-2017 KR20180122259 A (LG ELECTRONlCS lNC !KRI) 12-11-2018 TW202220359 A (RTCHTEK TECHNOLOGY CORP rTWl) 16-05-2022 PL 1964"3 A (UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY TM.

JANA I JEDRZEJA SNIADECKICH W B1TIGOSZCZY. Bydgoszcz. [PL]) 26- 08-2002 D Dalszy ciag "ykazn dokumentów na nastepnej stronie A- dokument okreslajacy ogólny stan techmki. ktory nie Jest uwazany za pos1ada1acv szczególne znaczenie.

E - doh.ument stanowiacy "czesniejsLe zgluszenie lub patent. ale opubhk.owauy \V lub po dacie zgloszema, Odniesienie do zastrz. l l L doh.umcnt. l....LOI) muzc podda\\ ac w walpli\\ osc zastrzegane picrw1:iLciLSl\\ o(-wa). lub przy Loczon~ w celu u::itaknia dal)' publ.tl .... acji rnncgo cy towancgo dol....umcntu lub 1. innc~o ;;1.c1.cgól11cgo P°'Hlclll, O - doklm1cnt oclnos7.qc:v sii; clo 11_i;n:~.-nicnin 11stnc_!:!0 pr7.C7 zn"tosownnic. v;:vst;nvicnic lnh 11_imn1icnic YV inny sp0s6h.

P - dokument opublikowauv przed d3ta zgloszeuia. ale pói.niej niz zastrzegana data pierwszenstwa.

T - dokument pózme_1szv, opublikowany po dacie zgloszema lub w dac1e p1envszenstwa 1 mebedacy w konfl!kc1e ze zgloszemem, ale c\lowanv" celu zrozullllema Lasad lub teoni leL.acyd1 u podstaw v, ynalazk.u.

X - dokumc11L o ::>D.::zcgólu: m LHaczcuiu: wstrLcgauy wy 1ialazck nic nwzc by c U\\ az,m) za HO\\ y lub 11.ic mozc byc Uv\·azauy La pusiada1<-l:c: puzium \\ y 11.alaLcz:, jczch ten clol\11111c11t br~111y jest pod uwa&i; samocLt:iclnic, Y - doklm1cnt o S7.C7cg01nym 7.nnczcnin: 7a"tr7C·gnnv w:vnnln7.ck nic m07.c byc nn-n7any zn posinda_jqc:v pozi0m wynnlazc7.y. ic7.cli ten clok11mcnt 7.0SUmic p01qc7.011:v 7 ieduvm lub kilkoma te~o tvpn dokumen13mi. a takie polac1.e11ie bedzie oczvwiste dla znawcv. & - dokument nalezacy do teJ sameJ rodzim patemoweJ.

Sprawozdanie wykonal/-a: Artur Kalewski Ekspert Data: .06.2023 Uwagi do zgloszenia Sprawozdanie zostalo wykonane w oparciu o zastrz, z dnia 24.03,2023 r, Podpis: /podpisano kwalifikowanym podpisem elektronicznym/ Pismo wydane w formie dokumentu elektronicznego PL 444192 A1 12/12

Claims (3)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób regulacji predkosci z ogranicznikiem momentu maksymalnego silnika BLDC zasilanego z falownika, w którym mierzy sie sygnaly pradów fazowych iA, iB i ie, przy pomocy ukladów Hallotronowych 3xLEM, polozenie katowe wirnika e przy pomocy trzech sygnalów z czujników Hallotronowych h1, h2 i h.~ wykorzystywane do okreslenia sektora komutacji, polozenia wirnika Br do transformacji Parka wektora pradów fazowych iA, iH, ie do ukladu wirujacego pradów fazowych ic1, ia oraz predkosc obrotowa n za pomoca sygnalów enkodera i licznika impulsów LI, znamienny tym, ze stosuje sie niezalezne petle regulacji predkosci i pradu, w glównej petli regulacji predkosci obrotowej od zadanej wartosci predkosci obrotowej nz, odejmuje sie zmierzona wartosc predkosci obrotowej n silnika i wyznaczony uchyb, który wprowadza sie do programowalnego regulatora histerezowego, zas w odrebnej petli regulacji momentu maksymalnego silnika Tmax na podstawie proporcjonalnej wartosci momentowego wspólczynnika silnika Kt, wyznaczana sie wartosc skladowej maksymalnej pradu ia max, nastepnie oblicza sie uchyb regulacji pomiedzy wartosciami ia max i rzeczywista wartoscia pradu silnika skladowej czynnej ia wyrazona w wirujacym ukladzie odniesienia, wedlug transformaty Parka przy wykorzystaniu sygnalu polozenia wirnika Br, przy czym uchyb ten wprowadza sie analogicznie jak w petli regulacji predkosci obrotowej do programowalnego regulatora histerezowego, z mozliwoscia zmiany szerokosci strefy histerezy niezaleznie dla kazdego z regulatorów, przy czym na logicznych sygnalach wyjsciowych regulatorów predkosci i pradu wykonuje sie operacja AND, której wyjscie determinuje uruchomienie zasilania i wlaczenie sterowania, a nastepnie w wyniku kolejnej operacji AND sygnalu sterujacego i tablicy przelaczen tranzystorów, okreslenia wlasciwego sektora komutacji na podstawie sygnalu polozenia wirnika, zasilana jest odpowiednia para tranzystorów silnika./12dSpace 1103 ---------------------------------------------, I ~---~ ~-----~ . 'n- 1 • ••• n ' - -1: : -------------------------------· ----------·---------.J.' ---- - -· -- - -- - - ------ - -- --- -- - - ------ -- - - -- - Fig. 1 I I I ·­ ' I I I0/12dSpace 1103 dSpace "1103 w STAN TECHNIKI hist. Tablica przelaczen _b_ Fig.
2. 2 Tablica przelaczen Fig.
3. 3 PWM ADC1 GND !;; LEMA ! ! I R/\ I ip=5 V +15 V -15 V I I I : iA=SOA I jA l • - - - - - - ' IA Fig. 41/12al. Niepodleglosci 188/192 00-950 Warszawa, skr. poczt. 203 URZAD PATENTOWY RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ tel.: (+48) 22 579 OS SS I fax: (+48) 22 579 00 01 e-mail: kontakt@uprp.gov.pl I www.uprp.gov.pl SPRAWOZDANIE O STANIE TECHNIKI DO ZGLOSZENIA NR P.444192 Klasyfikacja zgloszenia: H02P 6/06 Podklasy w któ0 eh prowadzono poszukiwania: H02P Baz) komputerowe,, któ1ych pro\\ adzono poszukiwania: cspaccnct. patcntscopc, bazy UPRP Kategoria dokumentu A A A A Dokwncnt) - z podana idcnty fikacja KR20170034115 A (NTREX CO LTD [Iill]) 26-04-2017 KR20180122259 A (LG ELECTRONlCS lNC !KRI) 12-11-2018 TW202220359 A (RTCHTEK TECHNOLOGY CORP rTWl) 16-05-2022 PL 1964"3 A (UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY TM. JANA I JEDRZEJA SNIADECKICH W B1TIGOSZCZY. Bydgoszcz. [PL]) 26- 08-2002 D Dalszy ciag "ykazn dokumentów na nastepnej stronie A- dokument okreslajacy ogólny stan techmki. ktory nie Jest uwazany za pos1ada1acv szczególne znaczenie. E - doh.ument stanowiacy "czesniejsLe zgluszenie lub patent. ale opubhk.owauy \V lub po dacie zgloszema, Odniesienie do zastrz. l l L doh.umcnt. l....LOI) muzc podda\\ ac w walpli\\ osc zastrzegane picrw1:iLciLSl\\ o(-wa). lub przy Loczon~ w celu u::itaknia dal)' publ.tl .... acji rnncgo cy towancgo dol....umcntu lub 1. innc~o ;;1.c1.cgól11cgo P°'Hlclll, O - doklm1cnt oclnos7.qc:v sii; clo 11_i;n:~.-nicnin 11stnc_!:!0 pr7.C7 zn"tosownnic. v;:vst;nvicnic lnh 11_imn1icnic YV inny sp0s6h. P - dokument opublikowauv przed d3ta zgloszeuia. ale pói.niej niz zastrzegana data pierwszenstwa. T - dokument pózme_1szv, opublikowany po dacie zgloszema lub w dac1e p1envszenstwa 1 mebedacy w konfl!kc1e ze zgloszemem, ale c\lowanv" celu zrozullllema Lasad lub teoni leL.acyd1 u podstaw v, ynalazk.u. X - dokumc11L o ::>D.::zcgólu: m LHaczcuiu: wstrLcgauy wy 1ialazck nic nwzc by c U\\ az,m) za HO\\ y lub 11.ic mozc byc Uv\·azauy La pusiada1<-l:c: puzium \\ y 11.alaLcz:, jczch ten clol\11111c11t br~111y jest pod uwa&i; samocLt:iclnic, Y - doklm1cnt o S7.C7cg01nym 7.nnczcnin: 7a"tr7C·gnnv w:vnnln7.ck nic m07.c byc nn-n7any zn posinda_jqc:v pozi0m wynnlazc7.y. ic7.cli ten clok11mcnt 7.0SUmic p01qc7.011:v 7 ieduvm lub kilkoma te~o tvpn dokumen13mi. a takie polac1.e11ie bedzie oczvwiste dla znawcv. & - dokument nalezacy do teJ sameJ rodzim patemoweJ. Sprawozdanie wykonal/-a: Artur Kalewski Ekspert Data: 30.06.2023 Uwagi do zgloszenia Sprawozdanie zostalo wykonane w oparciu o zastrz, z dnia 24.03,2023 r, Podpis: /podpisano kwalifikowanym podpisem elektronicznym/ Pismo wydane w formie dokumentu elektronicznego2/12