ITVI980025A1

ITVI980025A1 - Dispositivo di regolazione della tensione in un alternatore a bassi gi ri

Info

Publication number: ITVI980025A1
Application number: IT98VI000025A
Authority: IT
Inventors: Diego Carraro
Original assignee: Diego Carraro
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 1999-08-09
Also published as: EP0935338B1; US6194879B1; ATE237884T1; EP0935338A2; DE69906843D1; EP0935338A3

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente titolo: "DISPOSITIVO DI REGOLAZIONE DELLA TENSIONE IN UN ALTERNATORE A BASSI GIRI".

DESCRIZIONE

L'invenzione e‘ relativa ad un dispositivo di regolazione della tensione in un alternatore monofase autoeccitato e autoregolato quando detto alternatore funziona a velocita’ ridotta rispetto alla velocita’ di targa.

E’ noto che gli alternatori soprattutto del tipo monofase che sono accoppiati a dei motori endotermici e che hanno piccole potenze ad esempio da 1 a 10 chilowatt, vengono utilizzati per impieghi vari, ad esempio durante i mercati oppure durante riparazioni di manutenzione all’aperto per le quali e’ necessario l’utilizzo di utensili elettrici ed e’ difficile disporre di una sorgente di alimentazione elettrica vicina. Gli alternatori che sono utilizzati per questo tipo di impiego sono soggetti a carichi molto variabili. Generalmente gli alternatori lavorano a vuoto per la maggior parte del tempo poiché’ i carichi ad essi collegati sono collegati solo saltuariamente. E’ per questo che e' importante ottenere nella gestione di gruppi che utilizzano questi alternatori sia un risparmio energetico e cioè’ un abbassamento dei consumi del motore di trascinamento dell’alternatore, sia un abbassamento dell'inquinamento atmosferico ed acustico. E’ importante quindi che quando gli alternatori funzionano a vuoto, si riduca drasticamente la velocita’ degli stessi in modo che si abbassino di conseguenza tutte le emissioni inquinanti ed anche il rumore e si riducano conseguentemente i consumi di combustibile.

Sono note soluzioni per ottenere il risultato prima richiamato in alternatori in cui la regolazione della corrente del circuito induttore dell’alternatore avviene in modo diretto in modo che l’aumento o la diminuzione della, velocita’ del motore di trascinamento producano aumenti o diminuzioni proporzionali della tensione d’uscita. Negli alternatori monofase la regolazione spesso non e’ di tipo diretto, ma a condensatore, detti alternatori monofase prevedono un avvolgimento di eccitazione posto normalmente a 90° rispetto all’avvolgimento di potenza e l’avvolgimento di eccitazione e’ chiuso su di un condensatore.

La funzione che lega la velocita’ del motore di trascinamento dell'alternatore e la tensione di uscita in macchine con questo tipo di controllo non e’ di tipo lineare, ma risulta che ad una riduzione della velocita’ del motore si producono percentualmente una riduzione della tensione di uscita molto maggiore fino a rendere impossibile il riavviamento di alcuni tipi di carico. Che la tensione non si abbassi oltre un certo limite e’ importante ed alle volte essenziale perche’ la tensione in uscita dall’alternatore oltre ad alimentare i carichi ad esso collegati, alimenta anche i circuiti elettronici connessi all'alternatore stesso che necessitano di una tensione di soglia non inferiore ad un certo valore.

Per questo motivo e’ importante e necessario che la tensione dell’alternatore, pur essendo ridotta per l’abbassamento della velocita’ del motore di trascinamento, non si attesti su valori inferiori alla meta’ della tensione nominale o poco sopra. Ad esempio nel caso di un alternatore che fornisca carico alla tensione di 220 Volt e’ importante che a vuoto e con velocita’ ridotta la sua tensione non sia inferiore a 100-120 Volt. Per ovviare all'inconveniente prima ricordato gli alternatori monofase con regolazione a condensatore di tipo noto o non sono in grado di ridurre la velocita’ del motore o prevedono di ridurre la velocita’ a valori non molto bassi, proprio per evitare la riduzione della tensione in uscita oltre una certa soglia.

Lo scopo dell’invenzione e’ quello di superare gli inconvenienti prima ricordati.

Uno degli scopi dell’invenzione e’ infatti quello di realizzare un dispositivo in grado di ridurre la velocita’ del motore di trascinamento dell’alternatore tra il 50 ed il 75% di quella nominale quando la corrente di carico e’ pressoché’ nulla, senza che il valore della tensione ai morsetti dell’alternatore si abbassi sostanzialmente oltre alla meta' della tensione nominale. Si vuole anche ottenere che la regolazione dell'invenzione non intervenga con troppa immediatezza in caso di mancanza di carico, ma dopo un ritardo di alcuni secondi e ciò1 per permettere il funzionamento di carichi intermittenti.

Un altro scopo del dispositivo di regolazione dell'invenzione e’ quello di garantire il ritorno alle condizioni di normale funzionamento e cioè’ di tensione nominale e velocita’ nominale in presenza di un carico anche basso.

Tutti gli scopi sopra detti ed altri che verranno meglio evidenziati in seguito sono raggiunti da un dispositivo di regolazione della tensione ai morsetti di un alternatore monofase accoppiato ad un motore endotermico, detto dispositivo comprendendo un sensore di corrente del carico dell’alternatore che trasferisce un segnale all’ingresso di un circuito logico comparatore, detto circuito comparatore emettendo un primo segnale in uscita atto a comandare un attuatore connesso all’acceleratore del motore endotermico, il dispositivo essendo caratterizzato dal fatto che detto circuito comparatore, in situazione di sostanziale assenza di carico ed a giri ridotti al minimo, emette un secondo segnale elettrico atto a chiudere un interruttore che collega almeno un condensatore al circuito di eccitazione dell’alternatore, tale che la corrente di eccitazione provochi una tensione ai morsetti dell’alternatore sostanzialmente non inferiore al 50% della tensione nominale.

Ulteriori caratteristiche e particolarita’ dell’invenzione verranno meglio evidenziate nella descrizione di un particolare esempio di esecuzione dell’invenzione dato a titolo indicativo, ma non limitativo ed illustrate nelle allegate tavole di disegno dove:

- la fig. 1 mostra uno schema, di principio del dispositivo dell’invenzione;

- la fig. 2 fornisce uno schema a blocchi del dispositivo dell'invenzione;

- la fig. 3 mostra un dettaglio del circuito che realizza l'invenzione.

Con riferimento alle figure citate si osserva che l’alternatore 1 e’ collegato ai propri morsetti di uscita 12 ad un carico 13 per cui si stabilisce nel circuito di alimentazione una corrente le. Tale corrente le viene rilevata da un sensore di carico 10, ad esempio un TA, ed attraverso tale TA entra un segnale in ingresso al dispositivo di regolazione della tensione dell’invenzione, indicato con 11. Tale dispositivo, quando il sensore della corrente di carico 10 avverte della mancanza di carico, emette due segnali in uscita, un segnale 14 ed un segnale 16. Il segnale 14 va a comandare gli attuatori che regolano la velocita’ dei motore endotermico abbassandola ed il segnale 16 va a comandare un condensatore ausiliario 17 che viene collegato al circuito di eccitazione, tale che la corrente che circola in esso fa si’ che la tensione ai morsetti 12 dell'alternatore non sia inferiore alla meta' della tensione nominale.

II dispositivo dell'invenzione viene alimentato attraverso connessioni 19 derivate dal collegamento con la tensione in uscita dei morsetti 12 dell’alternatore 1. Piu' particolarmente, nello schema a blocchi di fig. 2, il dispositivo 11 dell’invenzione e' alimentato attraverso i morsetti 19 i quali a loro volta alimentano sia un circuito comparatore 21 , sia un circuito di comando deil’attuatore collegato all’acceleratore 23. Piu' particolarmente il segnale Is proveniente dal sensore della corrente di carico 10, ad esempio un TA, perviene all’ingresso del circuito comparatore 21 dotato di isteresi e di eventuale ritardo allo scopo come detto di assorbire eventuali variazioni istantanee di carico o carichi intermittenti. Da detto circuito comparatore 21 escono due segnali 25 e 26: il segnale 25 va ad azionare il comando 23 relativo alla bobina 15 dell’acceleratore, mentre il segnale 26 e’ tale che in assenza di corrente di carico chiude l’interruttore statico 22 e cosi’ mette in parallelo al circuito di eccitazione 18 il condensatore ausiliario 17.

L’interruttore statico 22 può’ essere vantaggiosamente un componente SCR, oppure un componente TRIAC oppure un componente IGBT.

La fig. 3 mostra piu’ in particolare, ed in modo schematico, come e' costituito il circuito di eccitazione 18 e come il condensatore ausiliario 17 si collega ad esso. Infatti in questo caso la chiusura dell’interruttore statico 22 per effetto del comando 26 di mancanza di corrente di carico mette il condensatore ausiliario 17 in parallelo rispetto ai condensatore di eccitazione 31 che costituisce . con l’avvolgimento di eccitazione 32 il circuito di eccitazione dell’alternatore 1 .

Un’altra forma esecutiva non rappresentata nelle tavole di disegno allegate prevede che il condensatore ausiliario sia collegato tramite un interruttore in parallelo rispetto ad un semiavvolgimento del circuito di eccitazione.

Come e’ bene evidente aumentando la capacita’ complessiva del circuito di eccitazione dell’alternatore, aumenta complessivamente anche la corrente che circola nel circuito di eccitazione e conseguentemente aumenta la tensione indotta ai capi 12 dell’alternatore. Questo e’ l’effetto che si voleva ottenere e come si osserva tale effetto viene ottenuto in modo piuttosto semplice e pratico da realizzare.

Si sottolinea pure l’importanza che il circuito comparatore 21 sia dotato di ritardo in modo tale che le variazioni al carico dovute ad esempio ad un carico intermittente o all’attacco e stacco di un carico in maniera piuttosto repentina, non turbino il regime dei giri del motore trascinante l'alternatore e conseguentemente non turbino neanche l’attenzione ai morsetti dell’alternatore stesso.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 ) Dispositivo di regolazione della tensione ai morsetti di un alternatore monofase (1 ) accoppiato ad un motore endotermico, detto dispositivo comprendendo un. sensore di corrente (10) del carico dell'alternatore che trasferisce un segnale (Is) all'ingresso di un circuito logico comparatore (21 ), detto circuito comparatore emettendo un primo segnale in uscita (25) atto a comandare un otturatore (23) connesso all’acceleratore del motore endotermico, caratterizzato dal fatto che detto circuito comparatore (21 ), in situazione di sostanziale assenza di carico ed a giri ridotti al minimo, emette un secondo segnale elettrico (26) atto a chiudere un interruttore (22) che collega almeno un condensatore ausiliario (17) al circuito di eccitazione (18) dell'alternatore (1 ), tale che la corrente di eccitazione provochi una tensione ai morsetti dell'alternatore sostanzialmente non inferiore al 50% della tensione nominale.
2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 ) caratterizzato dal fatto che detto circuito comparatore (21 ) presenta isteresi tale che ad una variazione di carico istantanea seguano con un certo ritardo i segnali in uscita (25, 26) da detto circuito per la regolazione della velocita’ del motore e per la regolazione della tensione ai morsetti dell’alternatore.
3) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 ) o 2) caratterizzato dal fatto che l’interruttore che collega il condensatore (17) al circuito di eccitazione (18) e’ del tipo statico comandato elettronicamente.
4) Dispositivo secondo la rivendicazione 3) caratterizzato dal fatto che l’interruttore di tipo statico e’ realizzato mediante SCR.
5) Dispositivo secondo la rivendicazione 3) caratterizzato dal fatto che l’interruttore di tipo statico e’ realizzato mediante TRIAC (IGBT).
6) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dai fatto che il condensatore (17) collegato tramite l’interruttore (22) al circuito di eccitazione (18) e’ posto in parallelo rispetto a detto circuito.
7) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il condensatore (17) e' collegato tramite il detto interruttore (22) in parallelo rispetto ad un semiavvolgimento del circuito di eccitazione (18).