ITMI20071432A1

ITMI20071432A1 - Regolatore di tensione per magnetogeneratori a connessione configurabile degli avvolgimenti di fase

Info

Publication number: ITMI20071432A1
Application number: IT001432A
Authority: IT
Inventors: Pierluigi Calabri; Angelis Alessandro De; Gianni Regazzi
Original assignee: Ducati Energia Spa
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2009-01-18
Also published as: CN101350534B; CN101350534A; CA2635577C; CA2635577A1; US7948218B2; TWI404327B; EP2017941A3; TW200922112A; KR20090008129A; US20090021224A1; EP2017941B1; EP2017941A2; KR101105894B1

Description

"REGOLATORE DI TENSIONE PER MAGNETOGENERATORI A CONNESSIONE CONFIGURABILE DEGLI AVVOLGIMENTI DI FASE"

RIASSUNTO

Il regolatore di tensione riceve potenza in C„A. da un generatore di tensione a magneti permanenti, avente avvolgimenti di fase a connessione configurabile, per fornire potenza in C.C. ad una batteria. Il regolatore di tensione comprende una pluralità di semi-ponti raddrizzatori collegati tra i terminali degli avvolgimenti di fase del generatore di tensione, e un terminale di alimentazione della batteria; nonché comprende un circuito di controllo conformato per commutare la connessione degli avvolgimenti di fase tra due differenti configurazioni, ad esempio stella e triangolò, in funzione della tensione di carica della batteria al passaggio di un valore di soglia della frequenza di f-asp del generatore di tensione.

SFONDO DELL' INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale ai regolatori di tensione per generatori a magneti permanenti con avvolgimenti a configurazione variabile, normalmente impiegati nella carica di batterie per l'alimentazione di carichi elettrici per i quali si richiede una sufficiente quantità di energia sia a basso che ad alto numero di giri del generatore, in modo da mantenere la tensione della batteria ad un valore costante, indipendentemente dalla potenza assorbita dal carico elettrico a cui la batteria risulta collegata.

STATO DELL'ARTE

In molte applicazioni dei generatori di tensione a magneti permanenti, destinati a funzionare sia a basso che ad alto numero di giri, ad esempio per fornire potenza elettrica a circuiti di accensione e/o a batterìe di alimentazione per piccoli motori a combustione interna, motori fuoribordo per piccole imbarcazioni, o in altri impieghi per i quali vengono richiesti differenti valori di corrente a differenti veloci-tà di rotazione, è possibile soddisfare tali esigenze intervenendo sul dimensionamento elettrico e meccanico dello stesso generatore. In generale ciò è reso possi-bile per generatori di tensione di grandi dimensioni, tuttavia richiede disponibilità dì spazio e comunque generatori di peso considerevole e di costo relativa-mente elevato. Inoltre, in funzione dell'applicazione prevista e delle condizioni operative del generatore, in certi casi si possono manifestare problemi nel dissipare 1/energia in eccesso.

Dove per ragioni dì spazio, di costo, o per altro motivi non sia possibile ricorrere a generatori di tensione di maggiori dimensioni, risulta necessario ricercare particolari soluzioni elettriche al fine di soddisfare le varie esigenze di impiego, e mantenere dimensioni di ingombro e peso del generatore compatibilmente ridotte.

È altresì noto che per variare la potenza di un generatore di tensione a magneti permanenti, in generale-è necessario variare il numero di spire degli avvolgimenti di statore, aumentandolo o diminuendolo a seconda che sì intenda privilegiare, in termini di corrente in uscita, le prestazioni alle basse o alle alte velocità di funzionamento. A tale scopo in passato si è ricorso,all'impiego di generatori dotati di una pluralità dì avvolgimenti in grado di fornire un'elevata potenza in uscita, mantenendo pesi ed ingombri comparativamente ridotti.

Secondo le soluzioni precedentemente proposte, si è fatto uso di generatori di tensione i cui avvolgi-menti di statore sono collegati ad un circuito di con-trollo comprendente una pluralità di diodi e dì interruttori elettronici controllati da un microprocessore. Il microprocessore è programmato per commutare la configurazione di collegamento degli avvolgimenti di fase al variare delle velocità di rotazione, tra una configurazione serie a basso numero di giri, ed una configurazione parallela a numero di giri più elevato; una simile soluzione è descritta ad esempio in US-A-7,026,794.

Se da un lato tale soluzione concorre a risolvere parte dei problemi precedentemente riferiti, dall'altra presenta ancora limiti ed inconvenienti quali una bassa efficienza dell'alternatore monofase, e problemi dì regolarità di coppia, specialmente a bassi numeri di giri, noti con il termine "Cogging" conseguente all'interazione tra i magneti del rotore e la struttura magnetica dello statore. Inoltre, l'uso di un regolatore'di tensione controllato da un proces-sore, oltre a richiedere comunque spazio addizionale, comporta necessariamente costi maggiori per l'intero sistema.

Esiste pertanto l'esigenza dì trovare una nuova soluzione atta a soddisfare le esigenze precedentemen-te riferite, riducendo se non eliminando i problemi e gli inconvenienti insiti in questi sistemi noti.

SCOPI DELL'INVENZIONE

Un primo scopo dell'invenzione è di fornire un regolatore di tensione per generatori a magneti permanenti, del tipo con avvolgimenti a connessione configurabile, che utilizza un'elettronica notevolmente semplificata, che consente di eliminare l'uso di processori o di unità logiche di controllo; in questo modo è possibile ridurre gli ingombri, mantenendo costi comparativamente ridotti per il regolatore di tensione e per l'intero sistema di generazione della tensione.

Un ulteriore scopo ancora dell'invenzione è di fornire l'assieme di un generatore di tensione a magneti permanènti e di un regolatore di tensione per la carica di una batteria, mediante i quali si rende possibile fornire alla batteria la necessaria potenza elettrica, sia a basso che ad alto numero di giri del generatore, caratterizzato da una bassa variazione della coppia assorbita, nonché in grado di controllare automaticamente le configurazioni di collegamento degli avvolgimenti di statore, sia al variare della tensione di carica della batteria, che al variare del numero di giri del generatore di tensione, ovvero della sua frequenza di fase.

Un ulteriore scopo ancora è di fornire un assieme generatore e regolatore di tensione in grado di variare automaticamente la configurazione di collegamento degli avvolgimenti di statore, rendendo meno coitici i problemi connessi alla dissipazione del calore.

BREVE DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

Quanto sopra è conseguibile mediante un regolatore di tensione per generatori di tensione a magneti permanenti, con connessione configurabile degli avvolgimenti di fase, secondo la rivendicazione 1, nonché mediante un regolatore di tensione comprendente un circuito elettronico di controllo della tensione di carica della batteria, secondo la rivendicazione 2; ulteriori caratteristiche sono definite dalle rivendicazioni dipendenti.

In generale, secondo un primo aspetto dell'invenzione, si è fornito un regolatore di tensione adatto per ricevere potenza in C.A. da un generatore di tensione a magneti permanenti, e per fornire potenza in C.C. ad una batterìa, in cui il generatore di tensione comprende una pluralità di avvolgimenti di fase ciascuno avente un primo ed un secondo terminale di collegamento, ed in cui il regolatore di tensione è conformato per commutare la connessione degli avvolgimenti di fase tra una prima ed una seconda configura-zione in funzione della tensione di carica della bat-teria e della frequenza del generatore di tensione; caratterizzato dal fatto di comprendere:

una pluralità di coppie di semi-ponti raddrizza-tori, in cui i semi-ponti di ciascuna coppia sono collegati, in opposizione di fase tra loro, tra un corrispondente terminale di un rispettivo avvolgimento di fase del generatore, e un terminale di alimentazione della batteria;

un circuito dì commutazione delle configurazioni di collegamento degli avvolgimenti di fase, il suddetto circuito di commutazione comprendendo una pluralità di dispositivi interruttori, ciascuno consistente in una coppia di interruttori elettronici in antiparallelo, connessi secondo un circuito ad anello in cui la connessione tra due dispositivi interruttori contigui a sua volta è collegata ad uno dei terminali di un rispettivo avvolgimento di fase del generatore dì tensione;

un circuito di pilotaggio del circuito di commutazione, il circuito di pilotaggio comprendendo un primo transistore collegato ad elettrodi di controllo dei dispositivi interruttori del circuito di commuta-zione, ed in cui la base del transistore è operativa-mente collegata ad un circuito di misura della tensio-ne della batteria, rispettivamente ad un circuito di rilevamento della frequenza di fase di un avvolgimento del generatore di tensione;

il circuito di rilevamento della frequenzadi fase essendo conformato per attivare il circuitodi pi-lotaggio e per commutare selettivamente la configurazione di collegamento degli avvolgimenti del generatore, in corrispondenza di un prefissato valore di soglia della frequenza di fase rilevata da detto circuito di rilevamento.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Queste ed ulteriori caratteristiche del regolatore di tensione secondo l'invenzione, nonché una sua forma di realizzazione preferenziale, risulteranno maggiormente dalla descrizione che segue con riferimento ai disegni, in cui:

Fig. 1 è uno schema del circuito elettronico del regolatore di tensione;

Fig. 2 è lo schema elettronico dettagliato del circuito di rilevazione della frequenza di fase e del circuito di pilotaggio degli interruttori di commuta-zione delle configurazioni di collegamento degli av-volgimenti di fase;

Fig. 3 è un grafico della corrente a valle di ciascun semi-ponte di diodi, in funzione del numero di giri del generatore di tensione, nel caso di collega-mento sia a stella che a triangolo degli avvolgimenti di fase;

Fig. 4 è un grafico della tensione di batteria, in funzione del tempo, quando il numero di giri del generatore è al di sotto della frequenza di commutazione;

Fig. 5 è un grafico della tensione di batteria, in funzione del tempo, quando il numero di giri del generatore è al di sopra della frequenza di commutazione;

Fig. 6 è un grafico illustrante le modalità con cui vanno in conduzione gli interruttori elettronici del circuito di commutazione delle configurazioni di collegamento degli avvolgimenti di fase.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

Nelle figure 1 e 2 è rappresentato lo schema di un regolatore elettronico di tensione, mediante il quale è possibile controllare, in maniera automatica, differenti configurazioni di collegamento degli avvol-gimenti di fase di un generatore di tensione, per con-vertire una potenza in C.A. in una potenza in C.C. fornita ad una batteria, mantenendo un valore della tensione di alimentazione della batteria sostanzial-mente costante al variare del numero di giri del gene-ratore.

Per gli scopi della presente descrizione, si precisa che per blocchi funzionalmente identici, sono stati usati gli stessi riferimenti numerici allo scopo di semplificare la descrizione.

Nell'esempio di figure 1 e 2, il regolatore di tensione è collegato ad un generatore di tensione 1 in CA, ad esempio costituito da un alternatore trifase del tipo a magneti permanenti. Il generatore di tensione 1 comprende un rotore 2 ed uno statore avente tre avvolgimenti di fase, indicati con 3A, 3B e 3C, la cui configurazione di collegamento può essere cambiata in modo automatico, tra una configurazione a stella ed una configurazione a triangolo, in funzione del numero di giri del rotore 2 e della tensione di carica VB di una batteria 5.

Il regolatore di tensione comprende una pluralità di semi-ponti raddrizzatori 4 collegati tra i terminali di ciascun avvolgimento di fase 3 del generatore di tensione 1, ed un primo terminale di alimentazione della batteria 5, ad esempio il terminale positivo, come mostrato. In particolare, i due terminali di ciascuno degli avvolgimenti di fase 3 sono collegati al terminale positivo della batteria 5 tramite una coppia di semiponti raddrizzatori 4.1 e 4.2, in opposizione di fase tra loro, tali da condurre alternativamente durante le semionde positive e le semionde negative della tensione di fase generata.

Uno dei due terminali di ciascun avvolgimento di fase 3A, 3.B e 3C, qui di seguito detto anche primo terminale, a sua volta è collegabile a massa attraverso un interruttore elettronico di cortocircuitazione costituito ad esempio da un tiristore 6, per il controllo della tensione di carica della batteria 5 come più avanti spiegato.

Il regolatore di tensione 1 comprende inoltre un circuito di commutazione delle configurazioni di collegamento degli avvolgimenti di fase del generatore di tensione; nel caso del generatore trifase di figura 1, il circuito di commutazione delle configurazioni di collegamento comprende tre dispositivi interruttori 8, ciascuno formato da due interruttori elettronici in anti-parallelo, ad esempio costituiti dalle coppie di tiristori TI e T2, T3 e T4, T5 e T6; i dispositivi interruttori 8 sono collegati tra loro secondo una configurazione ad anello, in modo che la connessione comune a due dispositivi interruttori contigui sia a sua volta collegata al secondo terminale di un rispettivo avvolgimento di fase 3A, 3B e 3C del generatore di tensione 1.

Il regolatore di tensione comprende altresì un circuito 9 di rilevamento della frequenza di fase della tensione del generatore, ed un circuito 10 di pilotaggio dei dispositivi interruttori 8, i quali sono mostrati in dettaglio in figura 2. Il circuito 9 è collegato ad uno degli avvolgimenti dì fase del generatore di tensione 1, ad esempio all'avvolgimento 3C, ed al circuito 10 di pilotaggio dei dispositivi interruttori 8; il circuito di pilotaggio 10 viene attivato dal circuito 9 di rilevamento della frequenza, al passaggio di un prefissato valore di soglia per commutare la configurazione di collegamento degli avvolgimenti 3A, 3B e 3C tra una configurazione a stella ed una configurazione a triangolo, come più avanti spiegato.

Da quanto precede, risulta dunque che i secondi terminali dei tre avvolgimenti di fase 3A, 3B e 3C, i terminali non collegati agli interruttori 6 di cortocìrcuitazione a massa, sono ciascuno connessi a due coppie di dispositivi interruttori 8 di commutazione delle configurazioni dì collegamento degli avvolgimen-ti; ciò. vuol dire che gli anodi dì Tl, T3 e T5 sono connessi rispettivamente con i catodi di T2, T4 e T6, così come gli anodi di T2, T4 e T6 sono connessi con i catodi di Tl, T3 e T5. Le tre coppie di dispositivi interruttori elettronici 8 sono dunque disposte in modo che tra i secondi terminali relativi a due diffe-renti avvolgimenti di fase sia connessa un'unica coppia di interruttori 8 in antiparallelo.

Dalle figure 1 e 2 si nota inoltre che i due tiristor! di ciascun dispositivo interruttore 8, tramite un rispettivo resistore R10.1 e RIO.2 hanno il loro elettrodo di controllo pilotato in corrente da un unico transistore Q4 di tipo PNP del circuito di pilotaggio 10; in funzione della differenza di tensione tra anodo e catodo imposta dal generatore di tensione 1, ciascuno tiristori T1-T6 entra in conduzione, determinando la connessione a stella dei tre avvolgimenti di fase 3A, 3B e 3C.

I due tiristori Tl, T2; T3, T4 e T5, T6 appartenenti ad uno stesso dispositivo interruttore 8, non conducono mai contemporaneamente, ma lo fanno alternativamente.

In particolare, come mostrato in figura 6 e come più avanti spiegato, quando Q4 conduce, ogni interruttore elettronico costituito dai tiristori T1-T6 del circuito di commutazione delle configurazioni di collegamento, rimane acceso per metà periodo della sinusoide della tensione di fase, mentre ogni sesto di pe-riodo cambia il suo stato un'unica coppia di interrut-tori.

Se invece Q4 è interdetto, gli interruttori T1-T6 dei dispositivi interruttori 8 non sono più.pilotati e si spengono, per cui i tre avvolgimenti di fase 3 sono separati tra loro; tuttavia, poiché i semi—ponti 4,1, 4.2 sono sempre riferiti a massa, come la batterla 5, questa condizione equivale ad un collegamento a triangolo degli avvolgimenti.

Il transistore Q4 del circuito di pilotaggio 10, attraverso un partitore di tensione RII, R12 viene comandato da due transistori Q5 e Q6 di tipo NPN, aventi i terminali di collettore ed emettitore collegati rispettivamente tra la base di Q4 e la massa del regolatore di tensione. Se uno dei due transistori QS e Q6 conduce, allora Q4 è acceso; diversamente se entrambi i transistori Q5 e Q6 sono spenti, lo sarà anche Q4 .

Il transistore Q5 del circuito di pilotaggio 10, tramite il partitore di tensione R13, R14 viene a sua volta pilotato dal circuito 9 di rilevazione della frequenza di una delle fasi del generatore di tensione; l'altro transistore Q6 viene invece pilotato dal circuito.9 tramite il partitore dì tensione R22, R23, collegato ad un circuito 7 di misura della tensione dì carica della batteria 5.

Il circuito 9 riceve in ingresso la frequenza di una qualunque delle fasi del generatore di tensione 1, ad esempio della fase dell'avvolgimento 3C che tramite il partitore di tensione R15, R16 (figura 2) fa cornimitare, alla stessa frequenza di fase, il transistoreQ7 di tipo NPN il quale durante le semionde negative è protetto dal diodo D3.

In modo analogo commuta anche il transistore NPN Q8, la cui base è collegata tra il resistore R17 ed il collettore di Q7, ripristinando la corretta fasatura del segnale.

Pertanto, la corrente che dal resistore R18 fluisce verso il condensatore C2, viene cortocircuitata a massa tramite Q8 con una frequenza pari a quella della fase 3C del generatore di tensione. Si determina in questo modo sul collettore di Q8 un'onda quadra di tensione che, attraverso il condensatore C2 permette ai diodi D4 e D5 di scaricare il condensatore C3 alimentato tramite R19 dalla tensione di batteria.

Finché il resistore 19 riesce a mantenere la tensione ai capi di C3 superiore alla tensione Vbe-on tra base ed emettitore del transistore NPN Q9, allora quest'ultimo è in conduzione e, con il partitore di tensione R20, R21 collegato alla base di Q10 accende quest'ultimo che a sua volta porta in conduzione Q5.

Da tutto ciò ne deriva che il circuito 9 può interdire, o meno, la conduzione di Q5 ad una determina-ta frequenza dì soglia della fase del generatore di tensione, al passaggio della quale avverrà la commutaziorie da stella a triangolo, o viceversa, del collegamento tra i vari avvolgimenti di fase 3A, 3B e 3C, La soglia dì frequenza alla quale va in conduzione o in interdizione Q5, si ottiene scegliendo R19 in modo tale che ai capi del condensatore C3 si abbia una tensione inferiore alla Vbe-on di Q9.

Diversamente, come precedentemente riferito, il transistore NPN Q6 tramite i resistori R22 e R23 e il diodo Zener Z3 è pilotato dal circuito 7 di misura della tensione di carica della batteria 5. Il circuito 7 comprende un transistore PNP Q1 i cui terminali di collettore ed emettitore sono collegati rispettivamente alla batteria 5 tramite la resistenza R3, ed allo Zener Z3; la base dì Q1 è inoltre polarizzata da un partitore di tensione RI, R2 collegato a massa tramite uno Zener ZI.

Quando la tensione esistente sul circuito parallelo costituito,dal condensatore CI e dal resistore R4 derivato dal circuito 7 di misura della tensione della batteria 5, supera il valore di tensione imposto dallo Zener 23, sul partitore di tensione R22, R23 scorre corrente per cui Q6 va in conduzione, accendendo Q4.

Come precedentemente riferito, uno dei due termi-nali di ciascun avvolgimento di fase è collegato all'anodo di un interruttore elettronico 6, ad esempio un tiristore dì shunt con il catodo collegato a massa, il quale ha la funzione di cortocircuitare a massa il rispettivo avvolgimento di fase quando la tensione della batteria 5 misurata dal circuito 7, supera un prefissato valore nominale VN di regolazione.

Allorché la batteria 5 raggiunge il valore di regolazione VP,, la corrente del generatore viene cortocircuitata a massa. A ciò provvede l'interruttore di cortocircuitazione 6 di ciascun avvolgimento di fase, il cui elettrodo di controllo è collegato al collettore di un transistore PNP Q3 che ha l'emettitore collegato alia rispettiva fase, costituente parte dì un circuito 11 di controllo degli stati di conduzione e ai non conduzione dell'interruttore elettronico 6.

La base di Q3 è alimentata da un partitore di tensione R7, R8 collegato al circuito colletto-re/emettitore di un transistore NPN Q2, con collettore a massa, costituente parte di un circuito 12 dì attivazione/disattivazione dei circuiti di controllo 11.

La base di Q2 è alimentata da un partitore di tensione R5, R6 collegato, tramite lo Zener Z2, al circuito 7 di misura della tensione della batteria 5.

Da quanto precede, risulta dunque evidente che finché la tensione VB della batteria 5 è inferiore al valore di tensione dello Zener ZI, sul partitore di tensione RI, R2 non circola corrente per cui il transistore Q1 rimane interdetto. Se invece la tensione VB della batteria supera un prefissato valore di regolazione VR, Q1 entra in conduzione fornendo, tramite il resistore R3, una corrente di collettore proporzionale alla tensione di batteria. La tensione sul circuito parallelo R4, C4 crescerà linearmente fino a superare il valore della tensione del diodo Zener Z2. Appena ciò accade, il transistore Q2 si polarizza in conduzione grazie al partitore di tensione R5, R6; in questo modo anche i transistori Q3 dei singoli circuiti 11 si polarizzano per mezzo dei rispettivi resistori R7 e R8. Sulle resistenze R9 scorrerà quindi una corrente tale da accendere ì rispettivi interruttori di cortocircuitazione 6 che collegheranno a massa i tre avvolgimenti di fase 3A, 3B e 3C del generatore di tensione 1. Ne risulta quindi una tensione di batteria VB vincolata ad un valore mai superiore a quello di regolazione VR.

Quando il numero di giri del generatore di tensione è elevato, superiore ad un valore di soglia RPM' prefissato, gli avvolgimenti di fase 3A, 3B e 3C sono configurati a triangolo; allorché la batteria 5 rag-giunge il valore dì regolazione, la corrente del generatore viene commutata a massa. Come accennato in precedenza, ciò comporta una maggiore dissipazione da parte del generatore di tensione 1 e degli interruttori 6 di cortocircuitazione a massa, per cui risulta fondamentale poter ridurre al minimo tale corrente. A tale scopo è consigliabile scegliere il valore di tensione dì Z3 di poco inferiore a quello dì Z2, tipicamente dì 0,6 volt, cosicché sia garantito il passaggio dalla configurazione a triangolo a quella a stella poco prima della regolazione, che in questo modo può avvenire con correnti notevolmente ridotte.

La figura 3 dei disegni mostra due tipici andamenti della corrente I di alimentazione della batteria, sia nel caso di connessione a stella, che a triangolo al variare del numero di giri al minuto, RPM del rotore 2 del generatore di tensione 1. In particolare il grafico ST mostra l'andamento di 1 nel caso di connessione a stella, mentre il grafico TR mostral'andamento di I nel caso di connessione a triangolo. Si noti come la corrente I, ai bassi numeri di giri, al di sotto del valore di soglia RPM' assuma valori inferiori quando gli avvolgimenti di fase sono connes-si a triangolo TR, rispetto alla connessione a stella ST;viceversa accade ad altri numeri di giri superiori a RPM'.

La figura 3 evidenzia inoltre il punto P relativo ad un numero di giri corrispondente al valore di so-glia RPM', per il quale il generatoredi tensione 1 fornisce una corrente I' di alimentazione della batte-ria quantitativamente indipendente dal tipo di collegamento reciproco dei suoi avvolgimenti di fase; ilpunto P costituisce quindi il momento di commutazione tra la condizione di collegamento a triangolo e la condizione di collegamento a stelle, e viceversa.

La figura 4 mostra l'andamento nel tempo t della tensione VB della batteria 5 nel caso in cui il numero di giri RPM del rotore 2 sia inferiore a RPM' di figura 3, mentre la figura 5 mostra l'andamento nel tempo t della tensione VB nel caso in cui il numero di giri RPM sia superiore a RPM'.

In particolare dalla figura 4 si nota come la pendenza della curva, ad ogni superameno della tensione nominale VN, sia sostanzialmente costante fino al valore di regolazione VR; diversamente dalla figura 5 si nota come la pendenza della curva cambi e diminuisca ad ogni superamento della tensione nominale VN.

La figura 6 mostra infine la modalità con cui gli interruttori elettronici T1-T6, che permettono di connettere selettivamente a stella ed a triangolo gli av-volgimenti di fase 3A, 3B e 3C del generatore di ten-sione 1, siano pilotati in conduzione (ON) o in interdizione (OFF) dal regolatore di tensione.

In particolare dalla figura 6 si nota come per ciascun semiperiodo HP di ciascuna delle tre fasi A, B e C della tensione del generatore, sia in conduzione (ON) uno solo dei tiristori T1-T6 in ciascuno dei circuiti interruttori 8 di commutazione della configurazione di collegamento; allo stesso tempo della stessa figura 6 si nota, sempre nel caso di un generatore trifase, come ogni sesto di periodo P/6 cambi stato un'unica coppia di tiristori T1-T6.

Il modo di funzionare del regolatore dì tensione di figure 1 e 2 viene brevemente descritto qui di seguito.

In generale, nelle varie possìbili applicazioni della presente invenzione si richiede che sia a basse che ad alte velocità di rotazione del generatore 1, sia disponibile ima quantità di energia elettrica, ovvero di corrente, sufficiente per mantenere la batteria 5 ad una tensione di carica VB costante, indipendentemente dall'assorbimento dì corrente dei carichi elettrici ad essa applicati.

Come precedentemente riferito, un terminale di ciascuno dei tre avvolgimento di fase 3A, 3B e 3C del generatore 1 è collegato al terminale positivo di ali-mentazione della batteria 5 tramite una coppia di sen<\>i ponti raddrizzatori 4.1, 4.2, ed è selettivamente collegabile a massa tramite un interruttore di cortocircuitazione 6 comandato dal circuito elettronico di controllo 11.

Al fine di cambiare il collegamento tra gli avvolgimenti di fase, da stella a triangolo e viceversa, come precedentemente riferito il regolatore di tensione comprende tre dispositivi interruttori 8 ciascuno costituito da una coppia di tiristori T che hanno i rispettivi anodi e catodi connessi in antiparallelo tra loro, nonché collegati ai terminali non cortocircuitatili a massa di due diversi avvolgimenti di fase; gli elettrodi di controllo dei tiristori T dei tre dispositivi interruttori 8 sono pilotati separatamente dai circuiti elettronici 9 e 10 che effettuano sia la misura della frequenza di una delle fasi del generatore 1, ad esempio la fase C dell'avvolgimento 3.3, sia la commutazione di collegamento.

Dato che tra la frequenza di fase e il numero di giri al minuto RPM del rotore 2 esiste una relazione proporzionale, secondo cui il numero di giri al minuto è pari al rapporto tra la frequenza elettrica e il nu-mero di coppie polari del rotore (costante), ne risul-ta che la misura della frequenza dì fase corrisponde alla misura del numero di giri RPM del generatore 1.

Come precedentemente precisato con riferimento alia figura 3, è altresì noto che a bassi numeri di giri del generatore di tensione, la corrente I fornita alla batteria 5 è maggiore se gli avvolgimenti di fase sono collegati a stella, rispetto ad un collegamento a triangolo; viceversa accade per un elevato numero di giri.

Pertanto, non appena il rotore 2 inizia a muoversi il circuito elettronico di misura 9 e quello di controllo 10 portano in conduzione i tre dispositivi interruttori 8, determinando la connessione a stella degli avvolgimenti di fase 3A, 3B e 3C. Questa modalità di funzionamento si mantiene finché il generatore 1 non raggiunge un numero di giri di valore prefissato, detto valore di soglia RPM', corrispondente al punto P di figura 3 in cui il valore della corrente I<f>fornita dal generatore è indipendente dal tipo di connessione a stella o a triangolo degli avvolgimenti di fase.

In tali condizioni i circuiti 9, 10 di misura delle velocità di rotazione e di controllo dei dispo-sitivi interruttori 8, non pilotano più i tiristor! T che si spengono non appena si azzera la loro corrente dì conduzione; gli avvolgimenti di fase risultano al-lora connessi a triangolo, rimanendo tali ali<1>'aumentare del numero di giri RPM per soddisfare una maggior richiesta di energia elettrica.

In entrambe le modalità di collegamento degli avvolgimenti di fase, comunque, gli interruttori 6 di cortocircuifazione a massa degli avvolgimenti di fase, vengono attivati non appena si supera il valore VR di regolazione della batteria; inoltre, per diminuire la corrente che circola negli avvolgimenti di fase del generatore, e negli stessi dispositivi interruttori 8 gli interruttori di cortocìrcuìtazìone 6 non entrano in conduzione quando gli avvolgimenti di fase sono collegati a triangolo, ma -solo dopo che il circuito dì controllo 10 ha forzato la connessione a stella.

Pertanto, anche ad alti numero di giri del generatore di tensione, in prossimità del valore VR di regolazione della tensione di batteria, risulta consigliabile ridurre la corrente da cortocircuitare a massa, riportandosi alla connessione a stella, ed attivando subito dopo gli interruttori 6 di cortocircuitazione.

Da quanto detto e mostrato nei disegni allegati, risulterà dunque evidente che si è fornito un regolatore di tensione per generatori a magneti permanenti, con avvolgimenti a connessione configurabile seletti-vamente in due differenti condizioni, tali da fornire la massima corrente utile a mantenere costante la tensione VB di carica di una batteria, indipendentemente dalle richieste di potenza, evitando che al raggiungimento della tensione VR di regolazione della batteria, negli avvolgimenti di fase del generatore di tensione 1 e nei dispositivi interruttori 8 dì commutazione della configurazione di collegamento, circolino correnti eccessive.

Sì intende che quanto è stato detto con riferimento alle varie figure, è stato dato a titolo illustrativo delle caratteristiche generali dell'invenzione, e di una forma di realizzazione preferenziale. Pertanto altre modifiche o varianti potranno essere apportate, ad esempio per l'applicazione di un regolatore di tensione simile o equivalente ad un qualsiasi generatore a magneti permanenti multifase, senza con ciò allontanarsi dalle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un regolatore di tensione adatto per ricevere potenza in C.A. da un generatore di tensione a magneti permanenti, e per fornire potenza in C.C. ad una batteria, in cui il generatore di tensione comprende una pluralità di avvolgimenti di fase ciascuno avente un primo ed un secondo terminale di collegamento, ed in cui il regolatore di tensione è conformato per commutare la connessione degli avvolgimenti di fase tra una prima ed una seconda configurazione in funzione della tensione di carica della batteria e della frequenza del generatore di tensione; caratterizzato dal fatto di comprendere: una pluralità di coppie di semi-ponti raddrizzatori, in cui i semi-ponti di ciascuna coppia sono collegati, in opposizione di fase tra loro, tra un corrispondente terminale di un rispettivo avvolgimento di fase del generatore, e un terminale di alimentazione della batteria; un circuito di commutazione delle configurazioni di collegamento degli avvolgimenti di fase, il suddet-to circuito di commutazione comprendendo una pluralità di dispositivi interruttori, ciascuno consistente in una coppia dì interruttori elettronici in antiparalle-lo, connessi secondo un circuito ad anello in cui la connessione tra due dispositivi interruttori contigui a sua volta è collegata ad uno dei terminali di un rispettivo avvolgimento di fase del generatore di tensione; un circuito di pilotaggio del circuito di commutazione, il suddetto circuito di pilotaggio comprendendo un primo transistore collegato ad elettrodi dì controllo dei dispositivi interruttori del circuito di commutazióne , ed in cui la base del transistore è operativamente collegata ad un circuito di misura della tensione della batteria, rispettivamente ad un circuito di rilevamento della frequenza dì fase di un avvolgimento-del generatore di tensione; il circuito dì rilevamento della frequenza di fase essendo conformato per attivare il circuito di pilotaggio e per commutare selettivamente la configurazione di collegamento degli avvolgimenti del generatore, in corrispondenza di un prefissato valore di soglia della frequenza rilevata da detto circuito di rilevamento.
2. Il regolatore di tensione secondo la rivendicazione 1, ulteriormente caratterizzato dal fatto di comprendere: un interruttore elettronico di cortocircuifazione a massa per ciascun avvolgimento di fase del generato-re di tensione; un circuito di controllo dello stato di conduzione per ciascun interruttore di cortocircuìtazione; e un circuito di attivazione dei circuiti di controllo degli interruttori di cortocircuitazione, detto circuito di attivazione essendo operativamente collegato al circuito di misura della tensione della batteria, per cortocircuitare a massa gli avvolgimenti dì fase al superamento dì un valore di regolazione della tensione di batteria.
3. Il regolatore di tensione secondo la rivendicazione 1, in particolare per un generatore dì tensione avente un primo, un secondo ed un terzo avvolgimento di fase, caratterizzato dal fatto che il circuito di commutazione delle configurazioni di collegamento è conformato per commutare il collegamento degli avvolgimenti di fase, tra una configurazione a stella ed una configurazione a triangolo.
4. Il regolatore di tensione secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che un primo terminale di ciascun avvolgimento di fase è collegato ad un rispettivo interruttore di cortocircuitazione a massa, e dal fatto che l'altro terminale di ciascun avvolgimento di fase è collegato a due dispositivi interrotti contigui del circuito di commutazione delle conf1gurazioni di collegamento degli avvolgimenti di fase del generatore,
5, Il regolatore di tensione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la base del primo transistore del circuito di pilotaggio, è collegata ad un secondo transistore controllato dal circuito di rilevazione della frequenza di fase del generatoro .
6. Il regolatore di tensione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la base del primo transistore del circuito di pilotaggio, è collegata ad un terzo transistore controllato dal circuito di misura della tensione della batteria.
7. Il regolatore dì tensione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascun dispositivo interruttore del circuito di commutazione delle configurazioni di collegamento degli avvolgimenti di fase,· è costituito da una coppia di tiristorì collegati in antìparallelo tra loro.
8. Il regolatore di tensione secondo le riven-dicazioni 2 e 6, caratterizzato dal fatto che il cir-cuito di attivazione dei circuiti di controllo degli interruttori di cortocircuitazione a massa, ed il ter-zo transistore del circuito di pilotaggio, sono colle-gati al circuito<·>di misura della tensione della batteria mediante un rispettivo diodo Zener. Il regolatore di tensione secondo la riven* dicazione 8, caratterizzato dal fatto che il diodo Ze ner collegato al circuito di pilotaggio, ha una valore di tensione inferiore alla tensione dello Zener collegato al circuito dì attivazione dei circuiti dì con frollo degli interruttori di cortocircuitazione a massa