SI21983A

SI21983A - Vezje in postopek za krmiljenje reluktancnega motorja

Info

Publication number: SI21983A
Application number: SI200500045A
Authority: SI
Inventors: Mitja Rihtarsic
Original assignee: DOMEL, Elketromotorji in gospodinjski aparati, d.d.
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2006-08-31
Also published as: WO2006098703A1

Abstract

Izum se nanasa na vezje in postopek krmiljenja reluktancnega motorja v pogonu, ki je napajan iz javnega omrezja in sicer se nanasa na nacin delovanjaelektronike pogona, ki potrebuje manj podsklopov in je zato cenejsa. Vezje po izumu sestavljajo filter radiofrekvencnih motenj (35), usmerniski mostic (36), merilnik napetosti (42), vmesni enosmerni tokokrog (37), izhodna stopnja (38), senzor (4) zamerjenje zasuka rotorja ali brezsenzorski algoritem in komutacijska logika (43). Vezje je izvedeno tako, da jenapetost v vmesnem enosmernem tokokrogu (37) pulzirajoca in zato elektricni tok (iAC) iz javnega omrezja ustreza predpisom o elektromagnetni kompatibilnosti (EN61000-3-2). Elektricni tokovi (i1, i2, i3) v faznih navitjih motorja (39) morajo biti omejeni, da mocnostna izhodna stopnja (38) ne pregori. To dosezemo z omejitvijo napetosti na faznih navitjih motorja (39) in sicer tako, da so fazna navitja vkljucena le, ko je napetost v vmesnem enosmernem tokokrogu (37) oziroma izmenicna napetost omrezja (uAC)glede na obratovalno stanje motorja (39) dovolj nizka.

Description

Vezje in postopek za krmiljenje reluktančnega motorja

Izum se nanaša na vezje in postopek krmiljenja reluktančnega motorja, ki je napajan iz javnega omrežja in sicer se nanaša na način delovanja elektronike pogona, ki potrebuje manj podsklopov in je zato cenejša.

Kjer so v gospodinjskih in drugih aparatih za široko potrošnjo potrebne velike hitrosti vrtenja ali kjer hitrost vrtenja mora biti nastavljiva, se uporabljajo pogoni z univerzalnimi kolektorskimi motoiji. Univerzalni kolektorski motorji se uporabljajo predvsem zaradi svoje cenenosti. Sestavljeni so iz statoija z navitji, rotorja z navitji ter ščetk in kolektoija, ki komutirajo tok v navitjih rotoija. Ker se ščetke zaradi drgnenja ob kolektor obrabljajo, imajo ti motoiji kratko življensko dobo. Ščetke se spreminjajo v prah, ki onesnažuje okolico. Drgnenje ščetk ob kolektor povzroča akustični hrup. Prav tako se na robu ščetk pojavlja iskrenje, ki je vir radiofrekvenčnih motenj.

Univerzalne kolektorske motorje je mogoče krmiliti z enostavnim in cenenim elektronskim vezjem, ki je predstavljeno na sliki 1. Univerzalni kolektorski motor 2 je vezan v serijo z triakom 3, ki ga proži prožilno vezje 4. Del elektronskega vezja je tudi filter za radiofrekvenčne motnje 1. Univerzalni kolektroski motor krmilimo s kotom odprtja α. V času kota odprtja α pred prehodom napetosti omrežja «ac skozi nič prožilno vezje 4 odpre triak 3. V tem trenutku prične teči tok iz omrežja /ac, ki teče do konca polperiode napetosti omrežja Mac· Triak 3 se zapre, ko tok skozenj in s tem tok skozi univerzalni kolektorski motor 2 pade na nič. Postopek se ponovi vsako polperiodo napetosti omrežja Mac- Na časovnih diagramih 5 je prikazan primer, ko je kot odprtja α je majhen in s tem je nastavljena majhna moč oziroma hitrost univerzalnega kolektorskega motoija 2. Ko kot odprtja α večamo, se veča tudi moč oziroma hitrost univerzalnega kolektorskega motoija 2. Na časovnih diagramih 6 je prikazan primer, ko je kot odprtja α velik. Največjo moč oziroma hitrost dosežemo, ko je kot odprtja α enak polperiodi napetosti omrežja Mac·

Iz tehničnega vidika bi namesto pogona z univerzalnim kolektorskim motoijem lahko uporabili brezkrtačni pogon z brezkrtačnim motoijem s trajnim magnetom ali brezkrtačni pogon z reluktančnim motoijem. Pri teh dveh tipih motorjev namesto ščetk in kolektoija komutira tok skozi navitja elektronika, ki je sestavni del brezkrtačnega pogona in ki je kompleksna in zato draga. Visoka cena v primerjavi s pogoni z univerzalnim kolektorskim motoijem omejuje

-2uporabo brezkrtačnih pogonov v aparatih za široko potrošnjo. Po drugi strani brezkrtačni pogon nima tehničnih omejitev, ki jih imajo pogoni z univerzalnimi kolektorskimi motoiji in ki so posledica uporabe ščetk in kolektoija.

Nižja cena bi odprla možnost uporabe brezkrtačnih pogonov v široki potrošnji. Ceno pogona pa lahko znižamo z zmanjšanjem števila komponent na elektroniki, to je komponent elektronskega vezja.

Znani in uporabljani iz javnega omrežja napajani brezkrtačni pogoni imajo podsklope, ki so predstavljeni na sliki 2. Motor 12 je lahko brezkrtačni motor s trajnim magnetom s poljubnim številom faz ali reluktančni motor s poljubnim številom faz. Fazna navitja motorja 12 so priključena na močnostno izhodno stopnjo 11, ki jo sestavljajo polprevodniška stikala, ki komutirajo električni tok v faznih navitjih motorja 12. To usmerjanje toka mora potekati v skladu s kotom zasuka rotorja motorja 12, ki ga merimo s senzorjem 15. V cenejših pogonih je senzor 15 najpogosteje izveden s Hallovimi senzorji. Dražje so izvedbe senzorja 15 z optičnimi dajalniki pozicije. V zadnjem času je razvoj procesorskih polprevodniških vezij omogočil izdelavo brezsenzorskih brezkrtačnih pogonov, pri katerih motor 12 na gredi nima senzotja 15. Motor 12 je v tem primeru mehansko bolj preprost. Potrebno informacijo o trenutnem kotu zasuka gredi motorja 12 v brezsenzorskih brezkrtačnih pogonih dobimo iz merjenih električnih veličin in preračunavanjem le-teh v procesorskih polprevodniških vezjih. Informacijo o trenutnem kotu zasuka gredi potrebuje komutacijka logika 14, ki odpira polprevodniška stikala v močnostni izhodni stopnji 11.

Močnostna izhodna stopnja 11 dobi električno moč iz vmesnega enosmernega tokokroga 10. Da napetost v vmesnem enosmernem tokokrogu 10 ne niha preveč, s shranjevanjem električne energije poskrbi gladilni kondenzator 13. Gladilni kondenzator 13 je elektrolitski. Njegova kapacitivnosti je odvisna od moči pogona in je običajno med 100pF in nekaj 1000pF. Ker je gladilni kondenzator 13 velik, predstavlja pomemben del cene elektronike.

Pred gladilnim kondenzatorjem 13 je korektor faktorja moči 9, ki oblikuje električni tok iz omrežja /_Ac- V kolikor v elektroniki ne bi bilo korektorja faktorja moči 9, bi se gladilni kondenzator 13 polnil samo v bližini temena napetosti omrežja w_Ac in amplituda polnilnega toka in s tem toka iz omrežja z'_Ac bi bila zelo velika, kot je prikazano na časovnih diagramih 20 na sliki

4. Ves ostali čas bi bil tok iz omrežja z'_Ac enak nič. Ker taka oblika toka iz omrežja /_Ac močno onesnažuje javno omrežje, je s standardom o elektromagnetni kompatibilnosti EN61000-3-2

-3omejena vsebnost višjeharmonskih komponent v električnem toku, ki ga aparati vlečjo izjavnega omrežja. S pomočjo korektorja faktorja moči 9 polnimo gladilni kondenzator 13 tako, da tok iz omrežja z'ac vsebuje manj višjeharmonskih komponent oziroma so le-te nižje, kot jih še dovoljuje standard EN61000-3-2.

Korektor faktorja moči 9 je lahko izveden kot pasivni filter ali kot stikalni pretvornik. Pasivni filter zahteva veliko dušilko, ki s svojo reaktanco močno zniža napetost v vmesnem enosmernem tokokrogu 10. Ker je dušilka velika, je težka in tudi draga. Zaradi znižane napetosti, teže in cene, je ta izvedba korektorja faktorja moči 9 manj primerna za uporabo v aparatih široke potrošnje. Korektor faktorja moči 9 s stikalnim pretvornikom sestavljajo dušilka, polprevodniško stikalo, polprevodniška dioda ter krmilje, ki vklaplja polprevodniško stikalo. Pri tej izvedbi je dušilka manjša kot pri izvedbi s pasivnim filtrom in zato je celotno vezje lažje. Kljub temu je z vsemi potrebnimi elementi stikalni pretvornik še vedno velik in drag.

Na vhodu elektronik v brezkrtačnih pogonih sta usmemiški mostič 8 in filter za radiofrekvenčne motnje 7. Usmemiški mostič 8 usmeri izmenično napetost omrežja Mac- V veliki večini primerov se v usmemiškem mostiču 8 uporablja Greatzov mostič. Filter za radiofrekvenčne motnje 7 zadrži motnje, ki nastajajo v elektroniki zaradi hitrih vklopov in izklopov tokov in napetosti. Filter za radiofrekvenčne motnje 7 mora biti dimenzioniran tako, da aparat ustreza veljavnim standardom o elektromagnetni kompatibilnosti (EN55014-1).

Veliko naporov v svetuje vloženih v zmanjšanje števila komponent v vhodnem delu elektronike in sicer v korektorju faktorja moči 9 in v vmesnem enosmernem tokokrogu 10.

Na sliki 3 je predstavljeno vezje, ki ga sestavljata Greatzov mostič 16 in breme 17. Greatzov mostič 16 usmerja napetost omrežja «ac, tako da na bremenu 17 dobimo pulzirajočo napetost na bremenu «l- Tej napetosti na bremenu m_l sledi tok z'l, ki teče skozi breme in ki je tudi pulzirajoč. Ko tok /l razsmerimo, dobimo tok iz omrežja z'ac, ki po obliki ustreza standardom o elektromagnetni kompatibilnosti (EN61000-3-2). Tako vezje so uporabili C. Larouci, J. P. Ferrieux, L. Gerbaud, J. Roudet, J.P. Keradec v članku Optimisation of a PFC Flyback Converter in Discontinuous Conduction Mode, Proceedings PCIM 2002, Numberg, maj 2002, kjer na mestu bremena 17 uporabijo stikalni pretvornik tipa flyback.

Običajno se vzporedno stikalnemu pretvorniku veže kondenzator za blokado radiofrekvenčnih motenj, ki jih stikalni pretvornik povzroča. Na sliki 4 je vezje iz slike 3, kjer je vzporedno bremenu dodan kondezator 18. Dokler je kondenzator 18 majhen, le-ta služi le blokadi radiofrekvenčnih motenj, ki jih povzroča breme, na primer stikalni pretvornik. Električne veličine

-4se v tem primeru spreminjajo, kot je prikazano na časovnih diagramih 19. Napetost na bremenu ml je pulzirajoča in vsako polperiodo pade praktično na nič. Usmerjeni tok /dc je vsota toka z'l skozi breme in polnilnega toka kondenzatoija 18. Tok z'dc teče večino polperiode, tako da ko tok z'dc razsmerimo, se oblika toka iz omrežja z‘ac ne razlikuje mnogo od sinusa in ustreza standardom o elektromagnetni kompatibilnosti (EN61000-3-2). Ko kapacitivnost kondenzatoija 18 večamo, postaja napetost na kondenzatorju 18 oziroma napetost na bremenu ml bolj gladka, kot kažejo časovni diagrami 20. Kondenzator 18 se polni samo v času temena napetosti omrežja Mac· Zato teče tok z‘dc v ozkih pulzih z zelo veliko amplitudo. Vezje iz vleče tok iz omrežja z'ac, ki vsebuje mnogo višjeharmonskih komponent in zato ne ustreza standardom o elektromagnetni kompatibilnosti (EN61000-3-2).

Brezkrtačni motor s trajnim magnetom za svoje delovanje potrebuje dokaj stabilno napetost v vmesnem enosmernem tokokrogu 10. Razlog je v rezalni napetosti, ki nastane v navitjih motoija zaradi vrtenja rotoija. Amplituda rezalne napetosti je enaka s konstanto pomnoženi vrtilni hitrosti. Napetost v vmesnem enosmernem tokokrogu 10 mora biti večja od amplitude rezalne napetosti, da lahko v motor 12 teče električni tok, ki ustvaija pozitivni navor. Elektronika lahko zagotavlja stabilno napetost v vmesnem enosmernem tokokrogu 10, če ima gladilni kondenzator 13 dovolj veliko kapacitivnost. Zaradi velikega gladilnega kondenzatoija 13 je potreben korektor faktoija moči 9, da v elektroniko teče električni tok iz omrežja z'ac ustrezne oblike.

Stator 21 in rotor 22 reluktančnega motoija na sliki 5 sta oblikovana tako, da se magnetna upornost za magnetni pretok oziroma induktivnost L faznega navitja 23 v odvisnosti od zasuka p spreminja. Induktivnosti L se spreminja periodično s periodo 25 in sicer bi v primeru motoija na sliki 5 induktivnost L imela dve periodi.

Sprememba induktivnosti zaradi zasuka p v faznem navitju 23, v katerem teče električni tok z'f, povzroči navor 24 na gredi. To velja za vsa fazna navitja v reluktančnem motorju. S pravilnim komutiranjem električnega toka v faznih navitjih je navor 24 pozitiven. Napetost mf, ki jo priključimo na fazno navitje 23, mora biti v grobem enaka vsoti padca napetosti 26 na upornosti faznega navitja 23, padca napetosti 27 na induktivnosti L faznega navitja 23 in padca napetosti 28, ki je posledica generiranja moči na gredi. Dodatno se v faznem navitju 23 pojavijo padci napetosti, ki so posledica vpliva drugih faznih navitij, vendar so ti padci običajno majhni in zato niso vključeni v enačbo na sliki 5. Če je električni tok z‘f majhen, je padec napetosti 28, ki je posledica generiranja moči na gredi, majhen tudi, če je hitrost vrtenja motoija velika. Zato je napetost v vmesnem enosmernem tokokrogu elektronike pogona z reluktančnim motoqem lahko

-5pulzirajoča, kot je na časovnih diagramih 19, v nasprotju z napetostjo v vmesnem enosmernem tokokrogu 10 po znanem stanju elektronike pogona z brezkrtačnim motoijem s trajnim magetom po sliki 2, ki mora biti stabilna.

Po razlagi časovnih diagramov 19 vidimo, da elektronika za krmiljenje reluktančnega motoija ne potrebuje korektoija faktorja moči, v kolikor je napetost v vmesenem enosmernem tokokrogu pulzirajoča.

Avtorji A. C. Clothier, S. Greetham, M. H. Haywood, N. J. Leighton, N. W. Philips v patentni prijavi Power Conversion Apparatus, GB 2396491 A, uporabijo dejstvo, da je oblika toka iz omrežja z_Ac v elektroniko usteza standardom o elektromagnetni kompatibilnosti (EN61000-3-2), če ima elektronika v vmesenem tokokrogu kondenzator z dovolj majhno kapacitivnostjo, kot je predstavljeno na časovih diagramih 19 na sliki 4. V patentni prijavi omenjena elektronika je napajana izjavnega omrežja in dobavlja moč navitjem, ki jih ta elektronika vklaplja in izklaplja. Navitje je lahko transformator, kot v primeru zgoraj omenjenega stikalnega pretvornika flyback. Navitja pa so lahko tudi navitja motoija. Avtorji v patentni prijavi GB 2396491 A ne opisujejo, kako so izvedli start motoija oziroma kako regulirajo hitrost ter moč motoija, pač pa opisujejo delovanje samo pri polni moči.

Ko se reluktančni motor vrti počasi, je padec napetosti 28, ki je posledica generiranja moči na gredi majhen, tudi če je električni tok z'f velik. Če bi pri nizki vrtilni hitrosti na fazno navitje 23 priključili visoko napetost up, bi električni tok z'f dosegel zelo velike vrednosti. To se zgodi, ko je trenutna vrednost izmenične napetosti omrežja w_Ac na svoji temenski vrednosti. Takrat bi tok z'f v trenutno vklopljenem faznem navitju 23 toliko narasel, da bi pregorela polprevodniška stikala v močnostni izhodni stopnji, zato ga moramo omejiti.

Tok z’p lahko omejimo tako, da na fazno navitje 23 pritisnemo pulzirajočo napetost «f s frekvenco, ki je običajno nad slišnim območjem, to je frekvenco, ki je višja od 20 kHz in ki jo ustvarimo z vezjem na sliki 6. Vezje sestavljajo Greatzov mostič 29, kondenzator 30 z majhno kapacitivnostjo in polmostič 34, ki ga sestavljata polprevodniški stikali VI in V2 ter diodi Dl in D2. Fazno navitje 23 lahko vklapljamo mehko, pri čemer imajo napetosti in tokovi obliko, kot je prikazana na sliki 7. Če fazno navitje 23 vklapljamo trdo, imajo napetosti in tokovi obliko, kot je prikazana na sliki 8. Časovna os na diagramih na slikah 7 in 8 je podana v kotu p, za katerega se rotor 22 zavrti pri neki hitrosti.

Pri mehkem vklaplanju prikazanem na sliki 7 sta v trenutku t\ vklopljeni polprevodniški stikali V i in V2, tako da tok z’p skozi fazno navitje 23 narašča. Ta tok z'p teče po poti 32 oziroma je v tem

-6trenutku enak toku fr in toku z'dc na sliki 6. Potem polprevodniško stikalo Vi izklopimo in tok fr prične padati. V trenutku i₂ se tok fr zaključuje po poti 33 znotraj polmostiča 34. V tem času sta tok fr in tok frc enaka 0. Prekinjanje toka /dc in zato tudi toka iz omrežja frc pa povzroči velike radiofrekvenčne motnje.

Pri trdem vklaplanju prikazanem na sliki 8 sta v trenutku ti vklopljeni polprevodniški stikali V i in V₂, tako da tok fr skozi fazno navitje 23 narašča. Ta tok fr teče po poti 32 oziroma je v tem trenutku enak toku fr in toku frc na sliki 6. Potem izklopimo obe polprevodniški stikali Vj in V₂in tok fr prične padati. V trenutku fr se tok fr zaključuje po poti 31 in polni kondenzator 30, tako da napetost na njem začne naraščati. Tok frc je enak 0. Ko polprevodniši stikali Vi in V₂ spet vklopimo teče tok po poti 32. V trenutku fr se prazni kondenzator 30, zato je tok z'dc še vedno enak 0. Enako kot v primeru mehkega vklaplanja prekinjanje toka z’dc in zato tudi toka iz omrežja frc povzroči velike radiofrekvenčne motnje.

V znanih vezjih, kjer je kapacitivnost gladilnega kondenzatoija 13 v vmesnem enosmernem tokokrogu 10 velika, le-ta tokovne konice v toku fr zgladi, da se ne pojavljajo v toku /dc.

Drug pristop, kako izdelati cenejšo elektroniko, so izbrali avtoiji L. Helle, G. K. Andersen, F. Blaabjerg, P. O. Rasmussen v članku An Integrated Single-Phase Power-Factor-Controlled Switched Reluctance Motor Drive, Proceedings PCIM '99, Ntimberg, junij 1999. Avtoiji predstavljajo možnost zmanjšanja cene pogona tako, da z načinom krmiljenja reluktančnega motoija zmanjšajo potrebno kapacitivnost gladilnega kondenzatoija 13. Polprevodniška stikala v močnostni izhodni stopnji 11 krmilijo tako, daje trenutna poraba moči v motorju enaka, kot jo v tistem trenutku zagotavlja korektor faktoija moči 9. Zato je vloga gladilnega kondenzatoija 13 za shranjevanje energije zmanjšana in ima lahko zelo majhno kapacitivnost. Ceno pogona dodatno zmanjšajo s tem, da so navili dušilko korektoija faktorja moči 9 na stator motoija.

Znana vezja in postopki krmiljenja reluktančnega motoija v iz javnega omrežja napajanih pogonih, ki ustrezajo predpisom glede elektromagnetne kompatibilnosti so po sestavnih delih draga in zato neprimerna za vgradnjo v razmeroma cenene izdelke široke potrošnje ali pa v določenih obratovalnih točkah povzročajo radiofrekvenčne motnje, zaradi katerih potrebujejo velik filter za radiofrekvenčne motnje.

-7Naloga in cilj izuma je takšno vezje in postopek krmiljenja reluktančnega motoija v iz javnega omrežja napajanem pogonu, ki ustreza predpisom glede elektromagnetne kompatibilnosti in ki je po sestavnih delih cenejše in zato primemo za vgradnjo v razmeroma cenene izdelke široke potrošnje.

Po izumu je naloga rešena z vezjem in postopkom krmiljenja reluktančnega motoija po neodvisnih patentnih zahtevkih.

V nadaljevanju bo opisano vezje in postopek krmiljenja reluktančnega motoija s pomočjo slik, ki prikazujejo:

Slika 1: znano vezje in postopek krmiljenja univerzalnega kolektorskega motorja,

Slika 2: znano vezje za krmiljenje brezkrtačnih motorjev,

Slika 3: znano usmemiško vezje brez gladilnega kondenzatoija in njegovo delovanje,

Slika 4: znano usmemiško vezje z gladilnim kondenzatorjem in njegovo delovanje,

Slika 5: primer znanega trifaznega reluktančnega motoija,

Slika 6: smeri tokov v polmostiču pri znanem pulznem napajanju faznega navitja motoija,

Slika 7: časovni diagram tokov pri znanem pulznem napajanju faznega navitja motoija,

Slika 8: časovni diagram tokov pri znanem pulznem napajanju faznega navitja motoija,

Slika 9: vezje za krmiljenje reluktančnega motoija po prvem izvedbenem primeru po izumu,

Slika 10: vezje za krmiljenje reluktančnega motoija po drugem izvedbenem primeru po izumu,

Slika 11: vezje za krmiljenje reluktančnega motoija po tretjem izvedbenem primeru po izumu,

Slika 12: primer močnostne izhodne stopnje za napajanje reluktančnega motoija po postopku po izumu,

Slika 13: časovni diagram električnih tokov v izhodni stopnji po izumu,

Slika 14: časovni diagram električnih tokov in napetosti pri krmiljenju po prvem postopku po izumu,

Slika 15: časovni diagram električnih tokov in napetosti pri krmiljenju po drugem postopku po izumu.

-8Po izumu in vezju po slikah 9, 10 in 11 ima elektronika iz javnega omrežja napajanega pogona z reluktačnim motoijem v vmesnem enosmernem tokokrogu 37, ki se nahaja med usmemiškim mostičem 36 in močnostno izhodno stopnjo 38, kondenzator 40 z zelo majhno kapacitivnostjo, tako da napetost na njem vsako polperiodo pade pod 25% naj večje napetosti na njem v isti polperiodi in napetostno odvisno vezje 41 ali pa ima elekronika v vmesnem enosmernem tokokrogu 37 samo napetostno odvisno vezje 41 brez kondenzatorja 40. Na napetostno odvisnem vezju 41 se v toploto pretvori magnetna energija, ki se vrača iz motorja 39. Po izumu in vezju po slikah 9, 10 in 11 iz javnega omrežja napajan pogon z reluktačnim motoijem ne potrebuje korektorja faktoija moči. Po izumu in postopku po slikah 12 in 13, kjer teče v močnostno izhodno stopnjo 38 električni tok oblike, ki povzroča manj radiofrekvenčnih motenj. Po izumu in postopku po slikah 14 in 15, kjer omejimo tok skozi navitja motorja 39 tako, da vklapljamo fazne tokove motoija 39 sinhrono z izmenično napetostjo omrežja Mac·

Čeprav je razlaga izuma narejena na trifaznem reluktančnem motoiju, velja tudi za dvofazni ali večfazni reluktančni motor.

Vezja za krmiljenje reluktančnega motoija 39 z dvema ali več fazami po izvedbenih primerih na slikah 9, 10 in 11 vsebujejo filter za radiofrekvenčne motnje 35, usmemiški mostič 36, vmesni enosmerni tokokrog 37 s kondenzatorjem 40 in napetostno odvisnim vezjem 41 ali le z napetostno odvisnim vezjem 41, močnostno izhodno stopnjo 38, senzoijem 44, komutacijsko logiko 43 ter merilnik napetosti 42. Senzor 44 je mogoče nadomestiti z brezsenzorskim algoritmom. Pod merilnik napetosti 42 se razume elektronsko vezje, ki da informacijo o prehodu napetosti omrežja Mac skozi nič.

Vklopi in izklopi tokov in napetosti v močnostni izhodni stopnji 38 so zelo hitri in zato povzročajo radiofrekvenčne motnje. Zato je želeno, daje teh preklopov čim manj. Najmanj jih je, če se preklopi zgodijo le pri komutaciji toka iz enega faznega navitja 46 v naslednje fazno navitje 47 in potem fazno navitje 48. V času ene periode spremembe induktivnosti 25 zaradi vrtenja je tako vsako od faznih navitij motoija 39 le enkrat vklopljeno in enkrat izklopljeno z izjemo zelo nizkih hitrosti in starta, ko je čas ene periode spremembe induktivnosti 25 daljši od polperiode napetosti omrežja Mac· Takrat je lahko zaradi postopka krmiljenja moči oziroma hitrosti po izumu fazno navitje motoija 39 večkrat vklopljeno in izklopljeno v času ene periode spremembe induktivnosti 25, vendar le enkrat v času polperiode napetosti omrežja Mac·

-9Na sliki 12 je narisano vezje močnostne izhodne stopnje 38, na katerega so priključena fazno navitje 46, fazno navitje 47 in fazno navitje 48 reluktančnega motoija 39. Vezje močnostne izhodne stopnje 38 sestavljajo diode od Di do D6 ter polprevodniša stikala od Vi do Ve, ki so lahko bipolarni tranzistorji, MOSFET-i ali IGBT-ji. Skozi fazno navitje 46 teče tok zj, skozi fazno navitje 47 teče tok zj in skozi fazno navitje 48 teče tok /3. Potek tokov zj, zj in zj je predstavljen na časovnih diagramih na sliki 13, kjer je prikazano dogajanje v času enega vrtljaja, pri čemer je čas enega vrtljaja mnogo krajši od polperiode napetosti omrežja «ac·

V trenutku ti na časovnih diagramih na sliki 13 sta vkloljeni polprevodniški stikali V! in V2, tako da tok zj skozi fazno navitje 46 teče po poti 50. Tok zj je v tem trenutku enak toku zj.

Postopek komutacije toka iz faznega navitja 46 v fazno navitje 47 se prične z vklopom polprevodniških stikal V₃ in V4 oziroma faznega navitja 47. Trenutek vklopa faznega navitja 47 se spreminja v odvisnosti od hitrosti in obremenitve motoija 39. V trenutku /2 tok zj narašča in teče po poti 52. Tok zj je sedaj vsota tokov zj in zj. Fazno navitje 46 izklopimo tako, da najprej izklopimo samo polprevodniško stikalo Vi, tako da se v trenutku /3 tok zj zaključuje po poti 51 preko polprevodniškega stikala V₂ in diode Dj znotraj polmostiča 34 v močnostni izhodni stopnji 38. Induktivnost faznega navitja 46 mora v tem času še naraščati, da tok zj v faznem navitju 46 ustvaija navor in s tem pada. Namesto polprevodniškega stikala Vi bi lahko izklopili polprevodniško stikalo V2 tako, da bi se tok zj zaključeval skozi polprevodniško stikalo Vi in diodo D2. Čas, ko se tok zj zaključuje znotraj polmostiča 34 je lahko daljši od 5% periode spremembe induktivnosti 25. Ko tok zj postane večji od toka zj, izklopimo še polprevodniško stikalo Vi. Tok zj potem v trenutku G teče iz polmostiča 34 po poti 49 in se odšteva od toka zj, ki teče po poti 52. Ker je tok zj večji od toka zj, je tok zj večji od nič. Ko tok zj pade na nič, je komutacija tok iz faznega navitja 46 v fazno navitje 47 končana.

Ko se motor 39 zavrti naprej, se prične komutacija toka iz faznega navitja 47 v fazno navitje 48 in tako z vrtenjem naprej.

Tok zj med komutacijo ni padel na nič oziroma ni začel teči nazaj v vmesni enosmerni tokokrog

37. Zato med delovanjem kondenzator 40 ni potreben. V primeru, da moramo v trenutku h izklopiti obe polprevodniški stikali Vi in V2, bi tok zj začel teči nazaj oziroma energija bi se iz magnetnega polja v motorju 39 pričela vračati v vmesni enosmerni tokokrog 37. To energijo lahko shranimo v kondenzatorju 40, ali jo spremenimo v toploto na napetostno odvisnem elementu 41.

-10Pri startu in za krmiljenje moči oziroma hitrosti je potrebno omejiti tokove skozi navitja motoija

39. To dosežemo z nižanjem napetosti na navitjih reluktančnega motorja 39 in sicer tako, da vklapljamo fazna navitja motoija 39 sinhrono z napetostjo omrežja Mac- Ko se motor vrti zelo počasi, vklapljamo fazna navitja motorja 39 le v bližini prehoda omrežne napetosti Mac skozi nič. Kot odprtja a, kot je označen na slikah 14 in 15 je pri počasnem vrtenju majhen. V času kota odprtja a elektronika komutira tokove zj, z'₂ in z₃ v fazah motorja 39, kot to zahteva zasuk rotoija. Ko hitrost motoija 39 narašča, se lahko veča tudi kot odprtja a ne da bi pri tem stekel prevelik tok skozi fazna navitja motoija 39. Ko motor 39 doseže nazivno hitrost, je kot odprtja a enak π. Takrat močnostna izhodna stopnja 38 komutira tok v faznih navitjih motoija 39 brez prekinitev. Na slikah 14 in 15 je označen tudi čas enega zasuka 53 motoija 39 v kolikor bi bil motor 39 enak motoiju na sliki 5.

Krmiljenje moči oziroma hitrosti reluktančnega motoija 39 pri startu in med obratovanjem s kotom odprtja a je lahko izvedeno na dva načina. Po prvem načinu elektronika vklaplja in izklaplja fazna navitja motoija 39 tako, da pričnejo električni tokovi zj, z'₂, z₃ v fazah motoija 39 teči v trenutku kota β v bližini prehoda napetosti omrežja «ac skozi 0 in potem tečejo samo v času kota odprtja a, kot je prikazano na sliki 14. Po drugem načinu električni tokovi zj, z₂, z₃ v fazah motoija 39 tečejo samo v času kota odprtja a in prenehajo teči v trenutku kota β n bližini prehoda napetosti omrežja Mac skozi nič, kot je prikazano na sliki 15. Ta drugi način je podoben načinu krmiljenja univerzalnega kolektorskega motorja 2 s triakom 3, kot je prikazano na sliki 1. Pri obeh načinih čas kota odprtja a lahko zavzame vrednosti od nič do polovice periode napetosti omrežja «ac·

S kotom β je označeno, koliko električni tokovi zj, z₂, z'₃ v fazah motoija 39 prehitevajo ali zamujajo trenutek prehoda napetosti omrežja Mac skozi nič. Kot β, ko električni tokovi zj, z'₂, z₃začnejo oziroma nehajo teči je od prehoda napetosti omrežja «ac skozi nič časovno oddaljen manj kot 20% polperiode napetosti omrežja Mac·

Po prvem izvedbenem primeru vezja na sliki 9 merilnik napetosti 42 posreduje komutacij ski logiki 43 informacijo o trenutni vrednosti napetosti omrežja Mac oziroma o trenutku prehoda napetosti omrežja Mac skozi nič. Tako lahko komutacijska logika 43 sinhrono z napetostjo omrežja Mac krmili kot odprtja a.. Polega tega komutacijska logika 43 skrbi tudi za komutacijo tokov zj, z₂, z₃ v odvisnosti od zasuka rotoija motoija 39. Za svoje delovanje potrebuje komutacijska logika 43 tudi informacijo o želeni hitrosti oziroma želenem navoru.

-11Po drugem izvedbenem primeru vezja na sliki 10 sinhrono z javnim omrežjem prekinjamo tok skozi fazna navitja motorja 39 in s tem krmilimo kot odprtja a z dodatnim polprevodniškim stikalom 45 v vmesnem enosmernem tokokrogu 37, do katerega vodimo informacijo o trenutni vrednosti napetosti omrežja u^c oziroma o trenutku prehoda napetosti omrežja Mac skozi nič. Polprevodniško stikalo 45 je lahko v pozitivni ali negativni veji vmesnega enosmernega tokokroga 37.

Po tretjem izvedbenem primeru vezja na sliki 11 sinhrono z javnim omrežjem prekinjamo tok skozi fazna navitja motorja 39 in s tem krmilimo kot odprtja a že v usmemiškem mostiču 36, kjer uporabimo krmiljena polprevodniška stikala. V tem primeru vodimo informacijo o trenutni vrednosti napetosti omrežja Mac oziroma o trenutku prehoda napetosti omrežja Mac skozi nič do usmemiškega mostiča 36.

V zadnjih dveh primerih močnostna izhodna stopnja 38 le usmerja tok glede na zasuk rotorja v ustrezno navitje motorja 39.

Claims

Patentni zahtevki

1. Postopek krmiljenja moči oziroma hitrosti reluktančnega motoija (39) pri startu in med obratovanjem označen s tem, da elektronika vklaplja in izklaplja fazna navitja motoija (39) tako, da električni tokovi v fazah motoija (39) prično teči v trenutku kota (β) v bližini prehoda napetosti omrežja («ac) skozi nič in potem tečejo samo v času kota odprtja (a).
2. Postopek krmiljenja moči oziroma hitrosti reluktančnega motoija (39) pri startu in med obratovanjem označen s tem, da elektronika vklaplja in izklaplja fazna navitja motoija (39) tako, da električni tokovi v fazah motoija (39) tečejo samo v času kota odprtja (a) in prenehajo teči v trenutku kota (β) v bližini prehoda napetosti omrežja («_Ac) skozi nič.
3. Postopek po zahtevkih 1 in 2, označen s tem, da čas kota odprtja (a) lahko zavzame vrednosti od nič do polovice periode napetosti omrežja («ac)·
4. Postopek po zahtevkih 1 in 2, označen s tem, da je kot (β) od prehoda napetosti omrežja («ac) časovno oddaljen manj kot 20% polperiode napetosti omrežja («ac)·
5. Postopek po zahtevkih 1 in 2 označen s tem, daje posamezno fazno navitje motoija (39) le enkrat vklopljeno in enkrat izklopljeno v času, ki je krajši od ene periode spremembe induktivnosti (25) zaradi vrtenja in hkrati krajši od polperiode napetosti omrežja («ac)·
6. Postopek po zahtevkih 1 in 2 označen s tem, da se električni tok po izklopu faznega navitja najprej zaključuje znotraj polmostiča (34) v močnostni izhodni stopnji (38) in sicer v času daljšem od 5% periode spremembe induktivnosti (25), nato pa električni tok izklopljene faze teče iz polmostiča (34).
7. Postopek po zahtevkih 1, 2, 5 in 6 označen s tem, da komutacijska logika (43) sinhrono z napetostjo omrežja («ac) krmili kot odprtja (a).
8. Postopek po zahtevkih 1, 2, 5 in 6 označen s tem, da polprevodniško stikalo (45) v vmesnem enosmernem tokokrogu (37) sinhrono z napetostjo omrežja («ac) krmili kot odprtja (a).
9. Postopek po zahtevkih 1, 2, 5 in 6 označen s tem, da usmemiški mostič (36), ki vsebuje krmiljena polprevodniška stikala, sinhrono z napetostjo omrežja («ac) krmili kot odprtja (a).
10. Postopek po zahtevkih od 7 do 9 označen s tem, da sinhronizacijo krmiljenja kota odprtja (a) dosežemo s pomočjo merilnika napetosti (42).

-1311. Vezje za izvajanje postopka po zahtevkih od 1 do 10 z elektroniko za krmiljenje reluktančnega ki jo sestavljajo usmemiški mostič (36), vmesni enosmerni tokokrog (37) in močnostna izhodna stopnja (38) označena s tem, da se v vmesnem enosmernem tokokrogu nahajata kondenzator (40) in napetostno odvisno vezje (41).
12. Vezje za izvajanje postopka po zahtevkih od 1 do 10 z elektroniko za krmiljenje reluktančnega ki jo sestavljajo usmemiški mostič (36), vmesni enosmerni tokokrog (37) in močnostna izhodna stopnja (38) označena s tem, da se v vmesnem enosmernem tokokrogu nahajat le napetostno odvisno vezje (41) brez kondenzatorja (40).
13. Vezje po zahtevku 12, označeno s tem, da se v napetostno odvisnem vezju (41) v toploto spremeni magnetna energija, ki seje vrnila iz motorja (39).