PL223842B1 - Unipolarny układ zasilania obwodów rezystancyjno-indukcyjnych, zwłaszcza silników reluktancyjnych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest unipolarny układ zasilania obwodów rezystancyjno-indukcyjnych, zwłaszcza silników reluktancyjnych, w tym przełączalnych silników reluktancyjnych i reluktancyjnych silników krokowych.

Znany z artykułu Barnes M.; Pollock, C., „Power electronic converters for switched reluctance drives” power Electronics, IEEE Transactions on, vol 13, no 6, pp, 1100,1111, nov 1998, układ do zasilania silników reluktancyjnych zawiera zaciski do połączenia ze źródłem zasilającym napięcia stałego, łącznik wspólny, diodę wspólną, kondensator, dwa odbiorniki w postaci obwodów indukcyjnych, dwie gałęzie, z których każda zawiera diodę i łącznik. Jedno wyprowadzenie łącznika w każdej z gałęzi jest połączone z anodą diody w każdej z gałęzi i jednym wyprowadzeniem jednego obwodu indukcyjnego odpowiadającego tej gałęzi, drugie wyprowadzenia każdego obwodu indukcyjnego połączone są z katodą diody wspólnej i jednym wyprowadzeniem łącznika wspólnego. Drugie wyprowadzenie łącznika wspólnego jest połączone z anodami diod każdej gałęzi oraz jednym wyprowadzeniem kondensatora. Zacisk przeznaczony dla dodatniego bieguna źródła zasilającego jest połączony z anodą diody wspólnej, a zacisk przeznaczony dla ujemnego bieguna źródła zasilającego jest połączony z drugimi wyprowadzeniami łączników każdej gałęzi. Drugie wyprowadzenie kondensatora jest połączone z zaciskiem przeznaczonym dla dodatniego bieguna źródła zasilającego lub z zaciskiem przeznaczonym dla ujemnego bieguna źródła zasilającego. W układzie tym ze źródłem zasilania i kondensatorem oraz tranzystorem wspólnym istnieje konflikt stanów pracy poszczególnych sekcji wynikający z zastosowania tranzystora wspólnego ograniczający możliwości napędu albo do zasilania uzwojenia podwyższonym napięciem albo do odzysku energii z wyłączonego uzwojenia.

Znany z polskiego zgłoszenia wynalazku P 392081 układ do unipolarnego zasilania obwodów rezystancyjno-indukcyjnych, zasilany jest z dwóch połączonych szeregowo źródeł zasilania, w którym diody wszystkich sekcji połączone są jedną elektrodą z tym biegunem pierwszego lub drugiego źródła zasilania, z którym połączony jest tranzystor wspólny. Układ posiada co najmniej jedną sekcję zasilającą obwód rezystancyjno-indukcyjny. W każdej sekcji dioda włączona jest zaporowo w stosunku do polaryzacji źródeł zasilania, a tranzystor włączony jest w kierunku przewodzenia w stosunku do polaryzacji źródeł zasilania. Tranzystory i diody poszczególnych sekcji połączone są z jednym końcem obwodu rezystancyjno-indukcyjnego tej sekcji. Tranzystory sekcji połączone są drugą elektrodą z jednym z biegunów zespołu połączonych szeregowo źródeł zasilania. Pozostałe końce obwodów rezystancyjno-indukcyjnych poszczególnych sekcji połączone są poprzez wspólny tranzystor włączony w kierunku przewodzenia z drugim biegunem zespołu połączonych szeregowo źródeł zasilania i z węzłem połączenia źródeł zasilania poprzez diodę wspólną. Dioda wspólna włączona jest w kierunku przewodzeniu w stosunku do źródła zasilania, do którego podłączone są tranzystory sekcji. We wszystkich sekcjach znanego układu diody poszczególnych sekcji połączone są jedną elektrodą z węzłem połączenia tranzystora sekcji i obwodu rezystancyjno-indukcyjnego, a drugą elektrodą z biegunem źródła zasilania, do którego podłączony jest tranzystor wspólny. Przy załączonym tranzystorze w dowolnej sekcji i wyłączonym tranzystorze wspólnym, obwód rezystancyjno-indukcyjny zasilany jest przez diodę wspólną z pojedynczego źródła zasilania, do którego podłączone są tranzystory poszczególnych sekcji. Natomiast przy włączonym tranzystorze dowolnej sekcji i włączonym tranzystorze wspólnym, obwód rezystancyjno-indukcyjny tej sekcji, zasilany jest poprzez tranzystor wspólny z połączonych szeregowo źródeł zasilania napięciem wyższym, niż przy wyłączonym tranzystorze wspólnym. Po wyłączeniu tranzystora w dowolnej sekcji przy załączonym tranzystorze wspólnym, energia zmagazynowana w obwodzie rezystancyjno-indukcyjnym jest rozpraszana w obwodzie rezystancyjno-indukcyjnym, diodzie tej sekcji i tranzystorze wspólnym. Natomiast po wyłączeniu tranzystora dowolnej sekcji przy wyłączonym tranzystorze wspólnym, energia zmagazynowana w obwodzie rezystancyjno-indukcyjnym jest przesyłana do źródła zasilania, do którego podłączony jest tranzystor wspólny, poprzez diodę danej sekcji i diodę wspólną. W układzie tym do zasilania obwodów rezystancyjno-indukcyjnych z dwoma źródłami zasilania konieczne jest stosowanie dwóch źródeł zasilania, a energia z obwodów rezystancyjno-indukcyjnych zwracana jest tylko do jednego źródła zasilania, co powoduje pobór energii w niejednakowych ilościach z obu źródeł, a w konsekwencji, w przypadku zasilania układu z akumulatorów następuje nierównomierne ich rozładowywanie.

Istota unipolarnego układu zasilania obwodów rezystancyjno-indukcyjnych, zwłaszcza silników reluktancyjnych według wynalazku polega na tym, że przy, co najmniej dwóch sekcjach każdy obwód rezystancyjno-indukcyjny zasilany jest z oddzielnego układu zasilania jednej sekcji.

PL 223 842 B1

Układ według wynalazku umożliwia zasilanie obwodu rezystancyjno-indukcyjnego napięciem wyższym niż napięcie źródła zasilania, z połączonych szeregowo źródła zasilania i kondensatora z jednoczesnym odzyskiem energii z wyłączonych uzwojeń do kondensatora, co znacznie zwiększa moc i sprawność układu napędowego dzięki przyspieszeniu procesu narastania prądu w początkowej fazie cyklu zasilania uzwojenia oraz przyspieszeniu procesu rozładowania energii z wyłączonych uzwojeń, co powoduje ograniczenie generowania przez te uzwojenia momentów hamujących. Nadto dzięki temu, że przy, co najmniej dwóch sekcjach, każdy obwód rezystancyjno-indukcyjny zasilany jest z oddzielnego układu zasilania jednej sekcji, energia zwracana z wyłączonego uzwojenia może być przekazywana do zasilanego uzwojenia z pominięciem kondensatora, dzięki czemu w układzie według zgłoszenia można stosować kondensator o mniejszej pojemności i rozmiarach.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania objaśniony jest bliżej na rysunku przedstawiającym schemat ideowy unipolarnego układu zasilania obwodów rezystancyjno-indukcyjnych, zwłaszcza silników reluktancyjnych.

W układzie według wynalazku jedna elektroda kondensatora C połączona jest z dodatnim biegunem źródła zasilania U, połączonego z anodą diody wspólnej Dw, której katoda połączona jest z obwodem rezystancyjno-indukcyjnym RL1 sekcji pierwszej, z obwodem rezystancyjno-indukcyjnym RL₂ sekcji drugiej i ze źródłem tranzystora wspólnego T_w. Anoda diody D₁ sekcji pierwszej i anoda diody D₂ sekcji drugiej połączone są, odpowiednio z pozostałymi końcami obwodu rezystancyjno-indukcyjnego RL₁ sekcji pierwszej i obwodu rezystancyjno-indukcyjnego RL₂ sekcji drugiej i odpowiednio z drenem tranzystora T1 sekcji pierwszej i z drenem tranzystora T2 sekcji drugiej. Druga elektroda kondensatora C połączona jest z drenem tranzystora wspólnego T_w i katodą diody D₁ sekcji pierwszej i katodą diody D2 sekcji drugiej. Źródło tranzystora sekcji pierwszej i źródło tranzystora T2 sekcji drugiej połączone są z ujemnym biegunem źródła zasilania U. Tranzystor T1 sekcji pierwszej i tranzystor T₂ sekcji drugiej są włączane i wyłączane według algorytmu sterowania silnikiem uzależnionego, w szczególności od położenia wirnika, mocy na wale, natężenia prądu, napięcia kondensatora i czasu. Przy włączonym tranzystorze wspólnym T_w i włączonym tranzystorze T₁ sekcji pierwszej i/lub tranzystorze T2 sekcji drugiej, uzwojenia silnika stanowiące obwody rezystancyjno-indukcyjne w sekcjach, w których tranzystor T₁ sekcji pierwszej lub/i tranzystor T₂ sekcji drugiej są włączone, zasilane są z szeregowo połączonych źródła zasilania U i kondensatora C, nie dłużej niż do chwili rozładowania kondensatora, co powoduje szybki wzrost wartości natężenia prądu w tych uzwojeniach, a następnie przez diodę wspólną ze źródła zasilania U. Natomiast energia z uzwojeń, w których tranzystor T₁ sekcji pierwszej i/lub tranzystor T₂ sekcji drugiej są wyłączone, rozpraszana jest w pętlach utworzonych przez obwód rezystancyjno-indukcyjny RL1 sekcji pierwszej lub/i przez obwód rezystancyjno-indukcyjny RL₂ sekcji drugiej i odpowiednio połączone z nimi diodę D₁ sekcji pierwszej lub/i diodę D₂ sekcji drugiej oraz tranzystor wspólny T_w, co powoduje powolny spadek wartości natężenia prądu w obwodach rezystancyjno-indukcyjnych wyłączonych sekcji. Przy wyłączonym tranzystorze wspólnym T_w i włączony tranzystorze T₁ sekcji pierwszej lub/i tranzystorze T₂ sekcji drugiej, uzwojenia silnika zasilane są ze źródła zasilania U, co powoduje powolny wzrost wartości natężenia prądu w obwodzie rezystancyjno-indukcyjnym RL1 sekcji pierwszej lub/i w obwodzie rezystancyjno-indukcyjnym RL₂ sekcji drugiej, zaś w sekcjach, w których tranzystory sekcji są wyłączone, energia z uzwojeń, odpowiednio obwodu RL₁ sekcji pierwszej lub/i obwodu RL₂ sekcji drugiej przesyłana jest do kondensatora C przez diodę wspólną D_w i diodę D₁ sekcji pierwszej lub/i diodę wspólną D_w i diodę D₂ sekcji drugiej, co powoduje szybki spadek wartości natężenia prądu w uzwojeniach tych sekcji.

Energia oddawana z obwodów rezystancyjno-indukcyjnych magazynowana jest w kondensatorze C i może być przesyłana do obwodów rezystancyjno-indukcyjnych w kolejnych etapach zasilania.

W przypadku połączenia kondensatora C z ujemnym biegunem źródła zasilania U konieczne jest doładowywanie kondensatora C do napięcia wyższego od napięcia źródła zasilania U.

W przypadku, gdy każdy obwód rezystancyjno-indukcyjny zasilany jest z oddzielnego układu zasilania jednej sekcji możliwe jest jednoczesne zasilanie jednego obwodu napięciem z szeregowo połączonych ze sobą źródła napięcia U i kondensatora C oraz zwrot energii do kondensatora C z obwodu rezystancyjno-indukcyjnego sekcji, która nie jest zasilana, a po zrównaniu się wartości natężenia prądów w tych sekcjach energia z wyłączonego uzwojenia przekazywana jest bezpośrednio do uzwojenia zasilanej sekcji z pominięciem kondensatora.

Claims (1)

1. Unipolarny układ do zasilania obwodów rezystancyjno-indukcyjnych, zwłaszcza silników reluktancyjnych, z co najmniej jedną sekcją, w której jedna elektroda diody i jedna elektroda tranzystora połączone są z jednym końcem obwodu rezystancyjno-indukcyjnego danej sekcji, a tranzystory poszczególnych sekcji połączone są drugą elektrodą z jednym biegunem źródła zasilania, zaś pozostałe końce obwodów rezystancyjno-indukcyjnych poszczególnych sekcji połączone są z jedną elektrodą tranzystora wspólnego i z jedną elektrodą diody wspólnej, której druga elektroda połączona jest z drugim biegunem źródła zasilania, zaś druga elektroda tranzystora wspólnego połączona jest z pozostałymi elektrodami diod poszczególnych sekcji i z jedną elektrodą kondensatora, którego druga elektroda połączona jest z jednym z biegunów źródła zasilania, znamienny tym, że przy, co najmniej dwóch sekcjach, każdy obwód rezystancyjno-indukcyjny zasilany jest z oddzielnego układu zasilania jednej sekcji.