RO119917B1 - Metodă de reglare a puterii unei maşini de reluctanţă cu două faze, cu comutaţie electronică - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o metodă de reglare a puterii, pentru maşini de reluctanţă cu două faze, cu comutaţie electronică, cu preluarea directă a energiei de demagnetizare a unei faze deconectate către faza următoare. Metoda conform invenţiei este caracterizată prin aceea că, conectarea curentului principal (Ip) se realizează cu o întârziere (t), după momentul schimbării fazelor. ŕ

Description

Invenția se referă la mașini de relucranță cu două faze (motoare sau generatoare numite și mașini S.R.(Switched Reluctance), care au un circuit magnetic deosebit, ca de exemplu cel cunoscut din cererile de brevet internațional WO 96/09683 și WO 98/23024.

Fig.1 arată în forma comprimată, pentru înțelegere mai ușoară, circuitul magnetic și schema unui motor funcțional, în pofida simplității sale, cunoscut din stadiul tehnicii.

Fiecare din cele opt înfășurări principale 112 și secundare113, ale acestuia, este reprezentată ca o inductanță desenată pe jugul magnetic 11.

Conductoarele curentului principal (vezi Definiții) sunt trasate cu o linie groasă.

Cea mai simplă schemă (v.fig. 1) a unui motor SR nereglat în sensul invenției, cunoscută din stadiul tehnicii, lucrează cu un senzor Hali 31 cu două ieșiri complementare Flip-flop cu colector deschis 312, 312 drept comandă de faze, care a fost schițat realist în apropierea rotorului.

Porțile comutatoarelor de putere 21X, 21Y care primesc, de exemplu, tensiune printr-o rezistență de polarizare pull-up 35, vor fi alternativ scurtcircuitate la minus (masa) de către ieșirile 312, 313 ale senzorului Hali, astfel încât prin aceasta curentul principal se întrerupe.

La un motor fără reglare de exemplu, la unghiul electric O°, vezi fig. 3 faza X primește curent, iar la unghiul 180° acest curent principal se întrerupe; în același timp, faza Y primește curent până la unghiul 360° (=0°), unde se încheie un ciclu electric.

Menținerea punctelor de comutație electrică (schimbarea fazelor) care corespund mișcării dinte cu dinte a rotorului este importantă, pentru ca polii rotorici 121, care tocmai vin în apropierea polilori statorici 111 să fie atrași cu efect util, vezi fig. 1, faza X.

Pentru simplicitate va fi folosită în cursul descrierii expresia “comutatoare de putere pentru a desemna elemente semiconductoare ca tranzistoare Mosfet sau IGBT, care conduc curentul de la sursă la înfășurări și sunt comutatoare statici de putere.

Prin curent principal se înțelege în sensul invenției curent care circulă de la sursă printr-un comutator de putere în înfășurări.

Durata de circulație a curentului principal este la plină sarcină (regim Flip-Flop al comutatoarelor), egală cu durată fazei T și are, văzut ca unghi electric 180°.

Comutația fazelor se face cu ajutorul unui traductor de poziție a rotorului 32, care se rotește în fața unui sau mai multor senzori 31 (Hali) de poziție.

Fig.2 arată în formă simplificată dispunerea câtorva elemente esențiale ale invenției și formate de semnal de comandă care sunt descrise mai departe.

Prin comanda fazelor” vezi fig. 2 se înțelege acea parte a schemei care comandă comutarea fazelor în modul “Flip-Flop.

Acesta trebuie să se întâmple în pozițiile rotorului în care randamentul transformării energiei electrică/energie mecanică, este optim pentru parametri de regim prescriși.

Cu toate că se poate obține o reglare de putere limitată și prin decalarea schimbării fazelor, în sensul invenției, se înțelege o reducere a timpului de conducție a curentului principal prin impulsuri de poartă mai scurte, deci, de reglarea puterii aparțin acele părți ale circuitului care transformă semnalele de poziție ale rotorului în semnale dreptunghiulare de comandă ale porților, care sunt mai scurte decât durata fazei, ca în fig. 2 dreapta.

Diode de by-pass se numesc diodele care conduc tensiunea de selfinducție Ua, care apare între comutatoarele de putere și înfășurări la întreruperea curentului principal (energia de demagnetizare, respectiv curentul de by-pass), Ib la faza următoare.

Unghiul de fază w“ (electric=180 °; numărul de poli ai rotorului) este unghiul rotorului dintre două schimbări de fază, adică dintre două comutări ale comenzii fazelor (senzor Hali).

RO 119917 Β1 “Dinte la dinte sau Alligned poisition este poziția relativă rotor-stator în care se 1 rotește rotorul 2, când rintr-o fază trece curent în mod continuu (reluctanța minimă).

Sarcina invenției prezentate mai jos este de a oferi posibilități de reglare a puterii 3 mașinilor S.R. fără electronică suplimentară și costisitoare de putere.

Aici trebuie ținut seama ca randamentul mașinii să rămână cât se poate de ridicat.5

Asta înseamnă că atât recuperarea energiei de demagnetizare trebuie să se realizeze cât mai eficient, și pierderile în electronica de putere să fie minimalizate.7

Soluția problemei este conformă celor cuprinse în revendicarea principală. Scheme simple și exemple stau la dispoziția specialistului, astfel că el le poate combina la formarea9 unei variante corespunzătoare, pentru atingerea unui țel concret în sensul invenției.

Prin “Reglare de putere a unei mașini SR, în special a unui motor, se înțelege în 11 sensul invenției reducerea curentului principal prin blocarea scurtă și în momente determinate a comutatoarelor de putere pe parcursul unei faze (a unui unghi de faze), adică 13 micșorarea unghiului curentului la mai puțin de 180°, deoarece durata relativă de conducție a comutatorului de putere se scurtează. 15

Acest lucru înseamnă că cei doi comutatori de putere nu mai lucrază în contratimp (flip-flop) în scopul reglării.17

Fig.3 arată semnalele de comandă relevante ale motorului ca semnale dreptunghiulare (de tensiune).19

Curbele corespunzătoare ale curantului principal Ip (linie groasă) respectiv ale curentului de by-pass Ib (linie punctată) sunt reprezentate suprapus.21

Formele impulsurilor în modul de reglare sunt arătate în partea dreaptă (începând de la 360 °), cele în modul fără reglare sunt plasate în partea stângă, (0-180°).23

Pe baza unor circuite magnetice deosebite, cunoscute din stadiul tehnicii, care permit o recuperare foarte simplă și eficientă a energiei de demagnetizare a unei faze tocmai 25 întrerupte, trebuia până acum să se conecteze imediat cea de a doua fază a motorului, în momentul înreruperii primeia (modul flip-flop). 27

Deci se execută o înlănțuire¹' a fazelor cu ajutorul curentului de by-pass.

Pentru a realiza o reglare a puterii se preconiza întreruperea curentului înainte de 29 sfârșitul fazei. Trecerea curentului în faza tocmai deconectată trebuia menținută până la sfârșitul duratei fazei, prin recuperarea tensiunii de slfinducție Ua cu ajutorul altor două 31 tranzistoare suplimentare de putere 211; vezi WO 96/09683, pag. 8-9 fig. 6e.

Aceste tranzistoare de putere 211 erau necesare chiar în cazul unei reglări prin 33 cunoscuta modulare în lățime a impulsului.

Dacă s-ar fi renunțat la recuperarea tensiunii de selfinducție prin tranzistoarele 211,35 aceasta ar fi dus la o trimitere inutilă a curentului de by-pass în cealaltă fază într-un monent nepotrivit, cu efecte grave asupra randamentului.37

Fără o complicare suplimentară a electonicii de putere nu era deci posibil să se obțină o reglare a puterii pe reducerea duratei de conducție a comutatoarelor de putere 21.39

O soluție mai simplă este posibilă în sensul acestei invenții, chiar când tranzistoarele 211 de “fly-back (reconducție), al căror scop ar fi fost de a conduce energia de demagnetizare la 41 închiderea unui tranzistor 21X către faza (X) din care aceasta provenea (v. WO 96/09683, fig. 6e), nu exista, se realizează după cum urmează: 43

După pornirea motorului, care se realizează întotdeauna în mod flip-flop, (fig. 3, stânga) de funcționare a comutatoarelor de putere, curentul principal poate fi întârziat prin 45 menținerea în stare blocată a comutatoarelor de putere 21X, 21Y după schimbarea fazei, cu o durată t fixă sau variabilă (v.fig. 3, dreapta), durată care în funcție de turația motorului, 47 corespunde unui unghi electric v.

RO 119917 Β1

Curentul principal al fazei X nu mai începe la 360 °, ci întârziat la 360+v°. iar cel al fazei Y la 540+v°.

Blocarea comutatoarelor de putere intervine ca mai înainte tot la nx180°.

Aceasta înseamnă că apariția tensiunii de selfinducție Ua (a curentului Ib) se produce 5 la nx180 °, adică la o poziție relativă a dinților rotor-stator 111-121 în care ei se pot atrage cu efect util.

Energia de demagnetizare, (curent de by-pass, Ib desfășurete, linie puncată) poate fi deci condusă la faza următoare, cu acțiune efectivă, prin dioda de by-pass 22 (drept curent de remagnetizare însoțit de moment motor), chiar atunci când curentul principal nu a fost încă conectat.

Când începe să circule curentul principal Ip, întârziat cu timpul t (respectiv cu unghiul electric al rotorului v), creșterea lui va fi mai rapidă, pentru că magnetul U10, corespunzător, 13 este deja premagnetizat de către curentul by-pass.

Aceasta înseamnă că o blocare scurtă, bine aleasă, a comutatorului de putere 21X 15 al fazei X de exemplu, poate fi utilizată prin curentul de by-pass. Prin comanda acestor schimbări de faze se obține, de exemplu, înafara reglării de putere, o anumită alură a 17 curentului prin faze, care este utilă pentru un randament optim sau și pentru reducerea zgomotului.

Având în vedere cele descrise în această invenție și, în special, că scurtarea duratei de conducție a curentului principal se realizează la începutul fazei și nu la sfârșitul ei ca în 21 stadiul tehnicii, aceasta permite nu numai simplificarea electronicii necesare, dar și o reglare în limite mai largi.

întârzierea variabilă t, a conducției comutatorului de putere 21 se poate realiza pe cale electronică, sau prin deplasarea mecanică a unui al doilea senzor Hali 31a.

Electronic, aceasta se poate realiza cu un bloc de temporizare declanșat de schimbarea fazelor și care menține porțile comutatoarelor de putere 21 la potențialul minus pe o 27 perioadă t după schimbarea fazei.

întârzierea se poate realiza parametric, deci, de exemplu, printr-un circuit care 29 compară o valoare de referință cu o valoare momentană și o corijează corespunzător pe ultima, pentru a menține constantă o mărime cerută, ca de exemplu, turația sau momentul 31 motor.

La creșterea turației, întârzierea t ar trebui să crească, pentru ca prin aceasta curen33 tul principal să se reducă, până când turația scade la valoarea reglată.

Dacă întârzierea t este constantă, se realizează o oarecare limitare a turației, dar im35 precisă. Dacă turația crește, durata relativă de conactare (aportul de putere) a motorului scade până când se ajunge la o limitare a turației.

Aceasta se întâmplă pentru că, la creșterea turației, durata unei faze T scade, în timp ce întârzierea la conectare t rămâne constantă, astfel încât durata relativă de conectare =T-t 39 scade.

Raportul unghi de curent principal/unghi de fază se micșorează. O reglare simplă de 41 putere la care acest raport rămâne constant se realizează prin utilizarea unui al doilea senzor (Hali) 31 de poziție a rotorului decalat în fază și cu ieșiri digitale tip colector deschis, 43 312,313.

Prin aceasta, poarta comutatorului de putere 21 poate fi adusă la potențialul de 45 saturație high, de către primul senzor 31, și în scurtcircuit la masa low de către al doilea —-31a~{ieșirile lor fiind legate în paralel). __________

RO 119917 Β1 în jumătatea inferioară a fig. 4 sunt indicate pe planul a semnalele unei ieșiri 3121 senzorului Hali activ 31 (= semnale de comandă ale porții Gx când întrerupătorul 312 este deschis, iar întreruptorul 315 închis), respectiv pe planul b cele ale senzorului Hali 31a3 (întrerupătorului 315 este deschis, 314 închis).

Pe planul c este reprezentat semnalul “X Gate rezultant (pentru putere redusă), 5 când cele două întrerupătoare sunt închise.

Lățimea impulsului higt al fazei Y este identic, dar decalat electric cu 180°.7

Dacă semnalele celor doi senzori sunt decalate cu unghiul v, atunci unghiul în timpul căruia poarta comutatorului stă la nivelul high (= unghiul curent principal) este w-v (unghiul 9 de fază-defazarea senzorilor Hali).

Pentru motorul unei scule electrice acest sistem de reglare poate fi avantajos în 11 anumite circumstanțe.

I

La sculele obișnuite de mâna de pe piață, creșterea turației se face prin apăsarea 13 mai departe a butonului integrat în mâner, aproape de motor și care, în acest caz, conține un potențiometru. Un asemenea întrerupător poate de asemanea acționa, de exemplu 15 printr-o pârghie, mișcarea unui senzor Hali, astfel încât funcționarea reglajului de putere al sculei se poate descrie astfel: 17

- conform sensului de rotație dorit, cu ajutorul unei pârghii bistabile 36 se restabilește poziția senzorului de pornire 3 la fața magnetului sesizor de poziție 32 cu puncte de19 comutație în primul cadran al unghiului de fază, la stânga sau la dreapta poziției neutre dinte la dinte.21

- la începutul cursei pârghiei 37, senzorul Hali de pornire 31a, de exemplu în fig. 3, este activat și motorul pornește în sensul prestabilit.23

- după atingerea turației limită inferioare este activat un al doilea senzor Hali 31, care se află la decalajul maxim v, astfel încât unghiul curentului principal este mic și motorul 25 lucrează la turația (puterea) minimă.

Prin apăsarea în continuare a butonului 37, este deplasat unul din senzorii Hali 3127 ca în fig. 5, astfel încât decalajul v se micșorează, deci unghiul de curent principal crește și, o dată cu aceasta, puterea motorului.29

Dacă decalajul celor doi senzori Hali 31 este identic, motorul lucrează la putere maximă (unghiurile de curent și de fază sunt egale; regim flip-flop),31

Pentru anumite utilizări (de exemplu aspirator de praf) senzorul Hali mobil 31 poate fi acționat dependent de mărimea de ieșire a instalației antrenate (de presiune, debit, 33 temperatură, curent, vibrație) pentru presiune de exemplu cu ajutorul unui cilindru cu piston cu arc 38, ceea ce permite soluții globale de reglare deosebit de ieftine. 35

La motorul unui automobil, care este prevăzut de exemplu cu un demaror conform

WO 98/23024 vibrațiile motorului Otto pot fi amortizate cu ajutorul unui senzor Hali montat 37 pe un suport ce amortizează vibrațiile de torsiune. Dacă motorul împreună cu demarorul de reluctanță prezintă vibrații torsionate, între senzorul Hali montat antivibrator și statorul aflat 39 în vibrație se vor produce mișcări relative și acestea pot fi prelucrate în așa fel, încât mașina de reluctanță să penduleze între regimul motor-generator, (frâna) în sensul deducerii 41 vibrațiilor motorului Otto. Acesre funcții pot fi realizate binențeles și cu mijloace electronice, în locul deplasării macanice operând defazaje de semnal electric. 43

La soluțiile electronice cu circuite de întârziere este în principiu important ca, sincron cu pozițiile momentane rotor-stator, care sunt cele optime pentru transformarea energiei 45 electrice în energiernecamcă, să fie comandați pentru reglare timpi mai lungi sau mai scurți

RO 119917 Β1 de curgere a curentului principal, eventuali dependenți de un parametru prestabilit, (de exemplu turația). Pentru comanda mașinii trebuie deci obținut un semnal de poziție a rotorului care să corespundă univoc unghiului de rotație și respectiv sensului.

Acest semnal se poate prelucra cu mijloace electronice cunoscute în așa fel, încât să se obțină din el, semnale de comandă pentru comutatoarele de putere 21 în mod flip-flop (plină sarcină), sau în mod de reglare. Pentru aceasta nu este important ce fel de senzori de poziție se utilizează; în cursul descrierii sunt menționați întotdeauna senzori Hali 31 (analogici, digitali, diferențiali sau programabili) pentru simplicitate.

Cu ajutorul unui senzor Hali diferențial, responsabil programabil se pot sesiza direct dinții rotorului, astfel încât se poate obține un semnal de comutare a fazei și fără ajutorul unui magnet generator de semnal 32.

Poziția rotorului poate fi determinată în sensul invenției și fără ajutorul vreunui senzor, prin detectarea electronică a reluctanței, care depinde de faza rotorului, după cum se cunoaște din stadiul tehnicii.

După cum arată fig. 3, unde sunt date spre comparație semnalul unui motor nereglat în funționare flip-flop și semnalul dinte de ferăstrău sau sinusoidal al unui senzor de poziție a rotorului, se pot obține din aceste semnale nu numai semnale de comandă a fazei, ci și alte semanle de comandă. Pentru aceasta se pot utiliza mijloace electronice simple ca triggerul Schmidt.

Un semnal dinte de ferăstrău se poate obține, de exemplu, cu ajutorul unui senzor Holl analog 31c, polarizat cu un magnet permanent 33 și așezat radial în fața unui disc cu dinți de ferăstrău din material magnetic moale 32a și care se rotește solidar cu rotorul. Prin aceasta se modifică câmpul magnetic ce influențează senzorul Hali (reluarea sistemului) în formă de dinți de ferăstrău, astfel încât semnalul de ieșire al senzorului 31c (=semnalul de intrare al triggerului de comandă a fazelor) are această formă.

Din semnalul dinte de ferăstrău se poate obține, cu ajutorul unui acumulator cu prag 34 (trigger Schmild,) un semnal (flip-flop) de comandă a fazelor, dacă triggerul comută la mijlocul perioadei de creștere (nivel Uk) schimbarea fazei (de la X la Y), respectiv la căderea semnalului după vârful dintelui, Us comută la loc (y la x), nivelurile a la c.

Prin ajustarea tensiunii de prag Uk simetria fazelor poate fi ușor influențată, fără ca defazajul la comutarea inversă după vârful dintelui să se schimbe.

Simetria fazelor înseamnă că durata fazelor high la ambele ieșiri X și Y, deci pe electrozii de comandă ai comutatoarelor de putere 21X-21Y să fie aceeași fie în mod flipflop, fie în mod de reglare. Acest lucru este necesar pentru mersul liniștit al mașinii, curenții din cele două faze trebuie să fie păstrați egali.

Dacă din motive de proprietăți specifice ale elementelor de construcție se întâmplă ca fazele high pe porțile comutatoarelor 21X, 21Y să fie diferite ca lungime, este posibil ca schema din fig. 7 să se obțină o tensiune Ud (de eroare a simetriei), care să fie utilizată ca semnal de corectare pentru egalizare.

Cu ajutorul acestei tensiuni Ud se adaptează tensiunea de prag Uk a triggerului 34, astfel ca să se ajungă la simetrie.

Tensiunea Ud este diferită de potențial între două condensatoare Cx, Cy conectate prin rezistențele Rx, Ry la porțile Gx, Gy ale comutatoarelor de putere, acestea fiind încărcate, respectiv descărcate, alternativ și la care se stabilește un nivel de tensiune corespunzător raportului duratelor închis/deschis ale fiecărui comutator 21X, 21Y.

Acest semnal de durată de fază poate fi utilizat în mod flip-flop (de exemplu, la regimul de pornire al mașinii) drept semnal analog de turație.

RO 119917 Β1

Aceste posibilități de influențare a comutării fazelor pot fi completate cu o variantă 1 dinamică, dependentă de curentul principal, (fig. 8), în special pentru a îmbumătăți comportarea la pornire a mașinii. 3

Pentru aceasta, se introduc de exemplu în circuitul magnetic format din magneții de semnal 32 - senzor 31, o cale de curent (sau mai multe) 322 (fig. 8), parcursă de curentul 5 principal al unei faze, sau de un curent corespunzător de comandă.

După sensul momentan de curgere și intensitatea curentului, câmpul magnetic de 7 comandă al senzorului 31 și cu acesta comanda comutării fazelor poate fi influențată, apărând pe această cale o reacție a curentului principal Ip asupra comutației de fază. Cu 9 aceasta devine posibilă o reglare a punctelor de comutație a fazelor dependentă de sarcină, de reacție de adaptare. 11

O astfel deplasare a punctelor de comutație se poate realiza și cu mijloace electronice (cunoscute din stadiul tehnicii) în limite mai largi, dacă acest lucru este necesar pentru 13 optimizarea randamentului, respectiv pentru reglarea motorului.

Pentru aceasta, este, de exemplu, favo^rabil să se obțină un semnal sinusoidal (fig. 15 3, planul d) de la un senzor Hali analog, acesta fiind mai ușor de prelucrat în scopul decalării fazelor. 17

Cele arătate în legătura cu fig. 3, ca și alte mijloace de defazare cunoscute, de exemplu, din stadiul tehnicii pot fi utilizate aici. 19

Pentru pornirea motorului, comutația de fază în apropierea poziției dinte-interstițiu este optimă (vezi fig. 1 colțurile dinților de la rotor și staor la faza X) defazarea de la această 21 poziție trebuie să crească cu creșterea turației.

Pentru aceasta, este, de exemplu potrivit să se obțină o defazare mai mare a mo- 23 meniului comutației de fază, cu ajutorul unui semnal de turație (tensiune) ce crește proporțional cu frecvența de comutație, semnal ușor de obținut. 25

Pentru un randament optim, mărimea acestui defazaj trebuie să fie dependentă de parametrii de lucru (turație, moment). 27

O posibilitate de a realiza aceasta este ca la o turație respectiv sarcină (reglată) constantă, decalarea fazelor să fie modificată până când curentul principal Ip sau de by-pass 29 Ib ating un minim.

Ultimul (Ib) este măsurabil cu pierderi mici, sau chiar fără, prin tensiunea de 31 selfinducție Ua. Cu un circuit corespunzător, optimizarea randamentului se poate realiza automat. Dacă în locul unui senzor simplu, se utilizează un senzor Hali programabil, care are 33 pe același cip și elemente trigger reglabile, este posibil să se reducă electronica, iar defazarea semnalelor de ieșire să se realizeze prin programarea senzorului. 35

Câmpul magnetic rotitor (acțiunea motoare) al mașinii rezultă din suprapunerea curentului principal Ip și al celui de by-pass Ib, ce apare întotdeauna la întreruperea curentului 37 celeilalte faze și care străbate concomitent înfășurările secundare ale ambelor faze.

La mașini care, așa cum se arată în WO 98/23024 se compun din două jumătăți de 39 mașină (montate pe același ex și decalate mecanic cu w/2 pentru egalizarea momentului, vezi fig, 1a), există posibilitatea de reducere a vârfurile tensiunii de selfinducție Ua, dacă 41 curentul de by-pass nu este trimis numai la faza complementară, adică de la X la Y, ci și la faza celeilalte jumătăți de mașină. 43

A doua jumătate de mașină are același minus ca și prima, și este identică cu ea. în fig. 1 se arată diodele 22 desenate înclinat și cu linie întreruptă, ca posibile trasee de curent 45 spre înfășurările secundare 113, respectiv comutatoarele de putere 21, ale celei de-a doua mașini schițate în fig. 1a. __- 47

RO 119917 Β1

Așadar curentul de by-pass Ib al fazei X se ramifică spre fazele Y și Y', sau condus numai la faza Y' (aparținând celei de-a doua mașini), când acest lucru este favorabil pentru randament. Cu curentul by-pass Ib al celei de-a doua jumătăți de mașină se procedează similar.

Deoarece atât curentul principal cât și cel de by-pass, simțitor mai mic (vezi fig. 3), sunt, în anumite limite interdependenți și aceștia se pot regla în așa fel, pentru optimizarea funcționării motorului, încât pierderile să fie minimalizate.

Pierderile principale sunt:

a) pierderi ohmice în înfășurări și comutatoarele de putere, care sunt dependente mai ales de vârfurile de curent, care din acest motiv trebuie evitate.

b) pierderile de comutație, a căror diminuare cere o reducere a numărului de comutații.

c) pierderi prin vârfuri de tensiune de selfinducție (dependente de vârfurile de curent) care sunt absorbite in mod avalanșă de către comutatoarele de putere 21 pe care le periclitează.

d) pierderile de fier care depind în mare măsură de pierderile a și b.

Pentru a obține cel mai bun randament posibil, este deci necesar ca, cu cât mai puține cicluri de comutare, să se realizeze o desfășurare a curentului principal Ip, în așa fel încât să se evite în special valori importante la momentul de deconectare.

Pentru unele stări de funcționare este potrivit ca, în anumite circumstanțe să se producă o întrerupere suplimentară a curentului Ip, (vezi planul e, partea dreaptă), dacă prin aceasta se evită vârfuri pronunțate de curent și rezultă o creștere a randamentului.

Prin aceasta, curentul absorbit de motor are o variație de amplitudine mai mică și, pentru eventuala egalizare, este necesar un condensator electronic mai mic.

Fig.3, planurile a, barată o desfășurare tipică a curentului principal la un motor nereglat sau reglat numai prin întârzierea t.

Vârfurile de curent Is de la sfârșitul fazei se pot reduce de exemplu prin aceea că, dacă în poziția t2 (vezi planul a și e) unde curentul principal Ip are o valoare mai scăzută, poarta întrerupătorului 21 se pune la minus (masa) pentru perioada t3, ceea ce reduce în special curentul principal spre zona de sfârșit (vezi planul e).

Reglajul de putere acționează ca turația să nu scadă și reduce întârzierea t la ti, prin care curentul total rămâne la valoarea niminală, însă fără vârful de curent Is, ceea ce poate duce la o creștere a randamentului.

Pentru a limita curentul de pornire al motorului se poate întrerupe curentul principal o dată sau de mai multe ori în timpul duratei T a fazelor la atingerea unei valori limită Iv (vezi planul e, stânga) pe o perioadă de timp t3 constantă sau variabilă parametric, așa cum se vede în fig. 3, planul e. întârzierea la începutul fazei nu există, (t=0).

Reanclasarea curentului principal se poate efectua, de exemplu, atunci când curentul de by-pass scade sub o valoare prestabilită.

Această limită a curentului de pornire poate fi folosită drept protecție a motorului și se realizează, de exemplu, cu ajutorul unui tranzistor 42, vezi fig. 9.

Aceasta nu constituie a renunțare principală la modul de pornire în flip-flop, întrucât începutul și sfârșitul fazei sunt predeterminate, și înfășurările jugurilor sunt în permanență străbătute fie de curentul principal, fie de cel de by-pass.

în special la pornirea motorului, nu se pot evita, fără procedeul menționat anterior, valori ridicate ale curentului principal în comutație. Prin aceasta, și vârfurile tensiunii de selfindupție Ua iau valori foarte mari, care în pofida curentului de by-pass Ib depășeșc tensiunea limită a comutatoarelor de putere 21 (Mosfet, IGBT).

RO 119917 Β1

Energia vârfurilor de tensiune inductive sau provenite din exterior tăiate în mod 1 avalanșa (avalanche clamping) periclitează însă comutatoarele de putere.

De aceea, este mai avantajos ca aceste vârfuri să fie absorbite prin comanda porții 3 și să fie transformate în căldură prin conductivitatea cipului (active clamping).

Aceasta se poate realiza cu ajutorul circuitului din fig. 9 unde, prin dioda Zener 405 și prin blocarea tranzistorului 41, poarta primește un potențial pozitiv, (21 conducte), atunci cănd tensiunea aplicată comutatoarelor de putere 21 se apropie de valoarea de avalanșă 7 și depășește tensiunea Zener.

După cum se vede în fig. 9, poarta este comandabilă prin ieșirea pe colector deschis9 a senzorului 31 (comanda fazelor) și suplimentar printr-un tranzistor serie 41 sau paralel 42.

Prin aceasta, comanda porții poate fi după necesitate decuplată de comanda fazelor, pentru 11 a realiza astfel protecția motorului și funcțiile principale ca:

a) pornire/oprirea13

b) reglarea puterii și turației

c) protecția la supra sau subtensiune15

d) deconectarea trmică de supracurent și de scurtcircuit

e) protecția contra vârfurilor de tensiune inductive, după cum s-a arătat17

f) frânarea

Tranzistorul 42 preia funcțiile de protecție și trebuie să scurtcircuiteze poarte la minus19 dacă se ajunge la una din situațiile arătate la c) sau d).

Din WO 98/09683 este cunoscută o mașină de reluctanță fără stator, cu două perii 21 34, respectiv inele colectoare.

Rotorul inductor cuprinde pe cadrul 5 comutatoarele de putere 21 și o parte a 23 comenzilor fazelor și reglajului de turație, care fiin mobile, nu sunt accesibile din exterior.

Pentru acest tip de instalații, este necesară o transmitere fără contacte, de exemplu 25 a semnalului de referință al turației, venit din exterior, care se realizează cu ajutorul unui senzor Hali 39, montat în capătul arborelui care rotește și care este comandat printr-o 27 înfășurare 49, fixă, de comandă.

Cu ajutorul acestor elemente 39,49, este, de exemplu, posibil să se comande baza 29 de timp, care stabilește întârzierea t la conectare a comutatoarelor de putere 21 (reglajul puterii) și se află pe placa rotitoare 45 rotitorului inductor 1. Comanda fazelor se rotește cu 31 rotorul inductor.

Atâta timp cât întârzierea t este cuplată prin înfășurarea de comandă 49 trece curent. 33

Această comandă senzor Hali 39 controlează reglajul de putere descris mai înainte. Pentru că baza de timp este comandată de către comutarea de fază, deci de căderea abruptă a 35 curentului principal Ip, declasșarea acesteia poate să fie produsă de către acest fenomen ușor de recunoscut cu mijloace electronice, chiar dacă ea se află la exteriorul motorului. 37

Avantajele invenției constau în simplitatea circuitului (de putere), care permite o construcție ieftină. 39

Claims (26)

1. Revendicări 41

   1. Metodă de reglare a puterii pentru mașini de reluctanță cu comutație electronică 43 cu două faze, cu preluarea directă a energiei de demagnetizare a unei faze deconectate către faza următoare, caracterizat prin aceea că, respectiv, conectarea curentului Ip se 45 realizează cu o întârziere (t) după momentul schimbării fazelor.

   RO 119917 Β1
2. 2. Metodă de reglare a puterii, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, între blocarea comutatorului de putere 21X al unei faze (X) și faza de conducție a comutatorului 21Y al fazei următoare(Y), tensiunea de selfinducție (Ua), care apare la deconectarea unei faze (X), la legătura dintre înfășurarea principală(112X) și comutatorul de putere (21X) este condusă printr-o diodă de by-pass (22) la o fază (Y, X', Y') care este încă separată de sursa de curent.
3. 3. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizată prin aceea că reglarea și limitarea de turație se realizează printr-o întârziere (t) independentă de turație.
4. 4. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizată prin aceea că durata de conectare (t) a curentului principaleste dependentă de turație și rezultă din suprapunerea semnalelor complementare de schimbare de fază cu semnale de aceeași formă, care sunt decalate față de primele cu un unghi (v) independent de turație.
5. 5. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor 1, 2 și 4, caracterizată prin aceea că durata de conectare a comutatoarelor de putere (21) ale fazelor (X, Y), se reglează din diferența de fază a semnalelor de ieșire a doi senzori Hali (31, 31a).
6. 6. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor 1, 2 și 4, caracterizată prin aceea că semnalele defazate a doi senzori Hali (31, 31a) digitali rezultă din faptul că sunt decalabili mecanic.
7. 7. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor 1, 2 și 4, caracterizată prin aceea că decalarea mecanică a unui senzor Hali (31) sau defazarea electronică a semnalului acestuia este dependentă de o mărime de ieșire, ca presiune, debit temperatură curent, amplitudine de vibrație etc., a dispozitivului antrenat.
8. 8. Metodă de reglare a puterii, conform revendicării 7, caracterizată prin aceea că deplasarea senzorului Hali (31) sau defazarea semnalului acestuia schimbă modul de lucru al mașinii între funcția de motor și cea de generator.
9. 9. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin aceea că sensul dorit de rotație se realizează prin prepoziționarea unui senzor de pornire (31) și reglarea turației, prin dafazajul între senzorul de pornire (31) și un al doilea senzor (31a), defazajul putând fi schimbat prin deplasarea manuală a senzorilor (31, 31a) sau defazajul electronic al semnalelor de ieșire.
10. 10. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor 1...4, caracterizată prin aceea că întârzierea la conectare (t) a curentului principal (Ip) se realizează printr-o bază de timp electronică.
11. 11. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin aceea că utilizează întreruperea curentului principal (Ip) în cursul unei faze, pentru a influența desfășurarea curentului în această fază și în cea următoare.
12. 12. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin aceea că un semnal de poziție a rotorului în formă de dinte de ferăstrău utilizat pentru comanda motorului, se obține cu ajutorul unui disc profilat (32), formând împreună cu ultimul, un sistem de reluctanță variabilă, astfel încât semnalul de ieșire a senzorului Hali (31c) este în formă de dinte de ferăstrău.
13. 13. Metodă de reglare a puterii, conform revendicării 12, caracterizată prin aceea că, din semnalul în formă de dinți de ferăstrău al senzorului Hali (31c), se obțin semnale dreptunghiulare de comandă cu ajutorul unui trigger (34) cu prag variabil (Uk), cu care se compară-nivelul-semnalelor în formă de dinte de fărăstrău.

    RO 119917 Β1
14. 14. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin 1 aceea că utilizează o metodă automată de simetrizare a fazelor, la care un semnal (Ud) proporțional cu diferența de durata a celor două faze servește la schimbarea pragului de3 comutare (Uk) al unui trigger (34), care corectează lățimea fazei.
15. 15. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin5 aceea că reglarea comutării digitale a fazelor, rezultă din recunoașterea unghiului de fază într-un semnal analog decalabil după necesitate.7
16. 16. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin aceea că optimizarea comutației fazelor (randamentului) se realizează prin corectarea 9 automată a curentului principal (Ip) și/sau de by-pass (Ib), ca și a desfășurării tensiunii de selfinducție (Ua) sau a puterii absorbite de motor spre valori minime. 11
17. 17. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin aceea că funcțiile de comandă ale mașinii se realizează cu ajutorul unui senzor Hali 13 programabil (38d).
18. 18. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin 15 aceea că funcțiile de comandă ale mașinii se realizează cu ajutorul unui senzor Hali diferanțial, acesta fiind comandat direct de dinții (121) ai rotorului 2. 17
19. 19. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin aceea că, respectiv, comutarea fazelor se adaptează dependent de un curent ce parcurge 19 înfășurările (112, 113), printr-un conductor ce străbate circuitul magnetic de comandă al senzorului Hali (31). 21
20. 20. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare pentru mașini de reluctanță cu două faze compuse din două jumătăți de mașină care, de fapt, pot funcționa 23 independent, decalate unghiular, caracterizată prin aceea că, respectiv, curentul de by- pass (Ib) al fazelor unei jumătăți, este transmis fazelor celeilalte jumătăți de mașină. 25
21. 21. Metodă de reglare a puterii conform revendicărilor anterioare caracterizată prin aceea că, respectiv, curentul principal (Ip) este întrerupt pentru scurt timp (t3) într-un punct 27 covenabil (t2) din desfășurarea fazei.
22. 22. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin 29 aceea că limitarea curentului de pornire se realizează prin întreruperea curentului principal (Ip) când acesta atinge o valoare limită și restabilirea acestuia se produce după un timp 31 scurt determinat sau când curentul de by-pass scade la o valoare limită.
23. 23 Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin 33 aceea că vârfurile inevitabile ale tensiunii accidentale sau de selfinducție (Ua) sunt absorbite prin comanda dependentă de tensiune (Ua) a conducției comutatoarelor de putere (21). 35
24. 24. Metodă de reglare a puterii, conform revendicărilor anterioare, caracterizată prin aceea că funcțiile cele mai importante de reglare și protecție a mașinii se realizează prin 37 comanda comutatoarelor de putere (21), pe ale căror porți (Gx, Gy) se acționează după necesitate pentru comutația fazelor, reglarea puterii, pornirea și oprirea, protecție la supra 39 sau subtensiune de alimentare, protecție termică, de suprecurent și de scurtcircuit, ca și pentru protecția contra vârfurilor inductive de tensiune (Ua). 41
25. 25. Metodă de reglare a puterii conform revendicărilor anterioare pentru mașini de reluctanță fără stator, cu două rotoare independente (1, 2), caracterizată prin aceea că 43 electronica de putere (21, 22) și o parte a celei de comandă ce se află pe rotorul inductor (1), primesc semnale de comandă fără contact din exterior, cu ajutorul unui senzor Hali (39) 45 montat axial și comandat de către o înfășurare fixă (49).
26. 26. Metodă de reglare a puterii conform revendicării 25, caracterizată prin aceea 47 că sincronizarea semnalelor din înfășurarea (49) se obține prin recunoașterea formei curentului și tensiunii în conductoarele de legătură. 49