Money.plTechnologie dla biznesuPrzemysłPatentyEP 2060000 T3
Wyszukiwarka patentów
  • od
  • do
Patent EP 2060000 T3


EP 2060000 T3

RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 20.08.2007 07802728.1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (54) (19) PL (11) PL/EP (13) (51) 2060000 T3 Int.Cl. H02P 1/00 (2006.01) (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 25.01.2012 Europejski Biuletyn Patentowy 2012/04 EP 2060000 B1 Tytuł wynalazku: Sposób pracy układu silnikowego i układ silnikowy (30) (43) Pierwszeństwo: 06.09.2006 DE 102006041864 Zgłoszenie ogłoszono: 20.05.2009 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2009/21 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 31.07.2012 Wiadomości Urzędu Patentowego 2012/07 (73) Uprawniony z patentu: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, München, DE PL/EP 2060000 T3 (72) Twórca(y) wynalazku: NORBERT REICHENBACH, Amberg, DE JOHANN SEITZ, Amberg, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Oliwia Gąbka POLSERVICE KANCELARIA RZECZNIKÓW PATENTOWYCH SP. Z O.O. ul. Bluszczańska 73 00-712 Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich). 55P29568PL00       ? 2 ?         EP 2 060 000 B1  Opis [0001] Wynalazek dotyczy sposobu pracy układu silnikowego z układem napędowym (Treiberschaltung) i silnikiem oraz dotyczy takiego układu silnikowego. 5 [0002] W zależności od dziedziny zastosowana układy silnikowe są dziś zaopatrywane w jednostki, które umożliwiają łagodny rozruch silnika, aby uniknąć szarpiącego rozruchu silnika, np. przy natychmiastowym przyłożeniu maksymalnego napięcia pracy. W tym celu silnik jest zazwyczaj zaopatrywany w układ napędowy, który jest w odpowiedni sposób, np. ze sterowaniem z nacinaniem fazy, sterowany przez jednostkę 10 sterującą, aby zapewnić powolny wzrost napięcia, które jest doprowadzane do silnika, podczas fazy włączenia. Układ napędowy ma zazwyczaj półprzewodniki mocy, które przyjmują część udostępnionej silnikowi mocy i przekształcają ją w ciepło utracone. [0003] Aby zmniejszyć utratę mocy w układzie napędowym, po fazie włączenia, tzn. przy 15 osiągnięciu maksymalnego sterowania silnikiem, układ napędowy jest bocznikowany, tak że moc utracona w układzie napędowym, tzn. w jego półprzewodnikach mocy, jest powstrzymywana. Przez to jest znacznie zmniejszana moc utracona w trybie pracy ciągłej, w szczególności przy obciążeniu nominalnym silnika, tak, że jest ułatwiana klimatyzacja szafy sterowniczej. Ponadto można przez to zrezygnować z dużych elementów chłodzących, tak, że jest możliwa zwarta budowa 20 urządzeń. [0004] Gdy układ napędowy jest bocznikowany, silnik jest sterowany zazwyczaj maksymalnym dostępnym napięciem. W sposób uwarunkowany fizycznie podczas pracy silnika w obszarze obciążenia częściowego, tzn. w obszarze, w którym obciążenie przyłożone do silnika jest mniejsze niż moc nominalna, pobierany przez silnik prąd nie 25 zmniejsza się w tym samym stopniu. Przez to powstają jednak w silniku większe straty ciepła niż to konieczne, tak że potrzeba więcej energii do pracy silnika niż to konieczne. Gdy silnik w układach silnikowych, w których nie jest możliwe bocznikowanie układu napędowego, pracuje w zakresie mocy nominalnej, występują ogólnie rzecz biorąc wysokie straty w półprzewodnikach mocy układu napędowego. 55P29568PL00       ? 3 ?         EP 2 060 000 B1  [0005] Dokument US 4,577,604 ujawnia układ sterowania dla pompy paliwowej, przy czym prędkość pracy pompy paliwowej jest sterowana w celu sterowania ciśnienia paliwa w układzie zasilania paliwem w maszynie spalinowej. Układ sterowania zawiera główny układ sterowania, który łączy w sposób ciągły układ napędowy z zasilaniem 5 energią oraz z otwartym w normalnym stanie układem pomocniczym. Główny układ sterowania dopasowuje zasilanie energią do układu napędowego, aby dopasować prędkość pracy pompy paliwowej albo do pierwszej maksymalnej albo do drugiej minimalnej prędkości. Układ pomocniczy ustanawia połączenie elektryczne między układem napędowym i zasilaniem energią, gdy jest żądane zwiększenie ciśnienia paliwa 10 w przewodzie zasilającym i tym samym jest wykrywany stosunek powietrze-paliwo przez określoną wartość na podstawie z góry wybranych parametrów pracy. [0006] Celem niniejszego wynalazku jest umożliwienie w układzie silnikowym, w którym jest realizowany łagodny rozruch silnika, pracy silnika, podczas której jest zredukowany pobór mocy silnika. 15 [0007] Ten cel jest osiągany przez sposób pracy układu silnikowego według zastrzeżenia 1 oraz przez układ silnikowy według zastrzeżenia 7. [0008] Dalsze korzystne ukształtowania wynalazku są podane w zastrzeżeniach zależnych. [0009] Według pierwszego aspektu niniejszego wynalazku jest przewidziany sposób 20 pracy układu silnikowego z układem napędowym i silnikiem. Układ napędowy pracuje podczas fazy włączenia, aby wykonać łagodny rozruch silnika. W fazie pracy normalnej układ napędowy może być bocznikowany. W fazie pracy normalnej układ napędowy jest przy tym bocznikowany w zależności od obciążenia, z którym pracuje silnik. [0010] W ten sposób układ silnikowy z opcją łagodnego rozruchu może pracować w 25 trybie oszczędzania energii, w taki sposób, że w fazie pracy normalnej silnik nie jest sterowany niezależnie od przyłożonego obciążenia, tak jak miałoby to miejsce w bezwarunkowym bocznikowaniu układu napędowego po fazie włączenia. Zamiast tego bocznikowanie układu napędowego jest wykonywane warunkowo w zależności od obciążenia, które jest przyłożone do silnika. 55P29568PL00       ? 4 ?         EP 2 060 000 B1  [0011] W sposób korzystny obciążenie, z którym pracuje silnik, jest wykrywane w taki sposób, że jest przeprowadzany pomiar prądu płynącego przez silnik. Pomiar prądu umożliwia określenie poboru mocy silnika, który z kolei jest w związku z obciążeniem, które jest przyłożone do silnika. 5 [0012] W szczególności wtedy, gdy obciążenie, z którym pracuje silnik, jest większe niż progowa wartość obciążenia, układ napędowy jest bocznikowany. Gdy obciążenie, z którym pracuje silnik, jest mniejsze niż wartość progowa obciążenia, nie jest przy tym korzystnie przeprowadzane bocznikowanie układu napędowego i układ napędowy pracuje tak, że silnik jest sterowany w trybie nacinania fazy. W tym trybie pracy do 10 silnika doprowadza się tylko tyle mocy, ile jest potrzebne do pracy silnika przy obciążeniu częściowym. Ponadto moc jest korzystnie nastawiana zależnie od obciążenia, z którym pracuje silnik (tryb oszczędzania energii). [0013] Według wynalazku jest przewidziane, że w fazie pracy normalnej układ napędowy jest nadal bocznikowany w zależności od temperatury w układzie 15 napędowym. Przez to może zostać zapewnione, że układ napędowy k, który z reguły jest zaprojektowany w układzie silnikowym z trybem łagodnego rozruchu tylko dla małych obciążeń, może być chroniony przed przegrzaniem w trybie oszczędzania energii. [0014] Według kolejnego aspektu niniejszego wynalazku jest przewidziany układ 20 silnikowy z silnikiem, układem napędowym do sterowania silnikiem, i jednostką sterującą, która jest połączona z układem napędowym, aby sterować układem napędowym podczas fazy włączania, tak, aby był wykonywany łagodny rozruch silnika. Ponadto jest przewidziany układ bocznikujący, za pomocą którego układ napędowy może być bocznikowany w fazie normalnej pracy, przy czym jednostka sterująca w 25 fazie pracy normalnej bocznikuje za pomocą układu bocznikującego układ napędowy w zależności od obciążenia, z którym pracuje silnik. Korzystnie jest przewidziany układ detekcyjny, aby wykrywać obciążenie, z którym pracuje silnik, w ten sposób, że jest przeprowadzany pomiar prądu płynącego przez silnik. [0015] Według jednej postaci wykonania wynalazku jednostka sterująca dokonuje 30 bocznikowania układu napędowego, gdy za pomocą układu detekcyjnego zostanie 55P29568PL00       ? 5 ?         EP 2 060 000 B1  stwierdzone, że obciążenie, z którym pracuje silnik, jest większe niż progowa wartość obciążenia. [0016] Poza tym jednostka sterująca, gdy za pomocą układu detekcyjnego zostanie stwierdzone, że obciążenie, z którym pracuje silnik, jest mniejsze niż progowa wartość 5 obciążenia, może sterować układem napędowym, aby silnik pracował w trybie nacinania faz. [0017] Ponadto jednostka sterująca może napędzać sterownik tak, że moc jest nastawiana w zależności od obciążenia, z którym pracuje silnik (tryb oszczędzania energii). 10 [0018] Według jednej postaci wykonania wynalazku jednostka sterująca może sterować układem bocznikującym w fazie pracy normalnej, tak, że układ napędowy jest bocznikowany w zależności od temperatury w układzie napędowym. [0019] Korzystne postaci wykonania wynalazku są poniżej bliżej wyjaśniane na podstawie załączonych rysunków. Figury przedstawiają: 15 FIG 1 schemat blokowy układu silnikowego według wynalazku; FIG 2 sieć działań do zilustrowania sposobu pracy układu silnikowego w kolejnej postaci wykonania wynalazku; oraz FIG 3 sieć działań sposobu pracy układu silnikowego według kolejnej postaci wykonania wynalazku. 20 [0020] Na FIG 1 jest przedstawiony schemat blokowy układu silnikowego 1, który ma silnik elektryczny 2, np. silnik asynchroniczny lub inny silnik bezszczotkowy. Silnik 2 jest w przedstawionym przykładzie wykonania napędzany za pomocą źródła 3 prądu przemiennego i może być z nim połączony bezpośrednio przez układ bocznikujący 4, który jest ukształtowany np. jako przełącznik, lub przez układ napędowy 5, który w 25 zależności od udostępnionej wartości S sterowania modyfikuje prąd przemienny ze źródła 3 prądu przemiennego np. przez sterowanie przez nacinanie fazy, aby przyłożyć do silnika 2 częściową moc. [0021] Wielkość S sterowania jest udostępniana przez jednostkę sterującą 6. Jednostka sterująca jest ponadto połączona z układem bocznikującym 4, aby go przełączać, tak że 30 układ napędowy 5 jest bocznikowany albo nie. Ponadto jednostka sterująca 6 może być 55P29568PL00       ? 6 ?         EP 2 060 000 B1  połączona z układem detekcyjnym 7, który mierzy prąd płynący do silnika 2, aby określić stąd obciążenie na silniku 2. Ponadto może być opcjonalnie przewidziany czujnik 8 temperatury, który jest umiejscowiony przy układzie napędowym 5, aby określić temperaturę układu napędowego 5 i w szczególności aby stwierdzić, czy 5 określona wartość progowa temperatury zostaje przekroczona. Temperatura i/lub przekroczenie wartości progowej temperatury są przedstawiane jednostce sterującej 6. [0022] Na FIG 2 jest przedstawiona sieć działań dla wyjaśnienia sposobu pracy układu silnikowego 1 według wynalazku. Po włączeniu układu silnikowego względnie po sygnalizacji, że silnik 2 powinien ruszyć, silnik jest sterowany według programu 10 łagodnego rozruchu z wzrastającą mocą, tak że silnik rusza bez szarpania (krok S1). Następnie, tzn. po zakończeniu fazy włączenia, jest w kroku S2 sprawdzane, czy obciążenie, z którym pracuje silnik 2, jest większe niż progowa wartość obciążenia. Jest przy tym najpierw za pomocą układu detekcyjnego 7 określane obciążenie na silniku 2. Gdy obciążenie na silniku 2 jest większe niż progowa wartość obciążenia (krok S3), 15 jednostka sterująca 6 steruje układem bocznikującym 4, tak, że silnik 2 zostaje bezpośrednio przez zamknięty przełącznik układu bocznikującego połączony ze źródłem 3 prądu przemiennego i przez to jest bocznikowany układ napędowy 5. [0023] Gdy obciążenie, z którym pracuje silnik, jest mniejsze niż progowa wartość obciążenia, to w kroku S4 układ bocznikujący 4 jest sterowany przez jednostkę 20 sterującą 6, tak że jest przerywane bezpośrednie połączenie między źródłem 3 prądu przemiennego i silnikiem 2, i silnik2 jest teraz sterowany przez układ napędowy 5 (krok S5). Jednostka sterująca 6 steruje w zależności od określonego w kroku S2 obciążenia na silniku 2 układem napędowym 5, tak, że silnikowi 2 jest udostępniana tylko moc, która jest wystarczająca do pracy z przyłożonym do silnika z obciążeniem. 25 Przykładowo układ napędowy 5 może wykonywać sterowanie z nacinaniem fazy udostępnionego przez źródło 3 prądu przemiennego prądu przemiennego na podstawie wielkości S sterowania, która jest określana przez jednostkę sterującą 6 na podstawie wykrytego prądu płynącego przez silnik 2. Sterowanie z nacinaniem fazy powoduje, że efektywne napięcie, które jest przykładane do silnika 2, jest redukowane, tak, że pobór 30 mocy silnika 2, który, jak wcześniej stwierdzono, pracuje tylko z częściowym 55P29568PL00       ? 7 ?         EP 2 060 000 B1  obciążeniem, jest mniejszy niż przy bocznikowanym układzie napędowym 5, kiedy silnik jest zasilany napięciem maksymalnym udostępnionym przez źródło prądu przemiennego. [0024] Na FIG 3 jest przedstawiona kolejna możliwość dla sposobu pracy układu 5 silnikowego według wynalazku. Identyczne kroki sposobu są zaopatrzone w identyczne oznaczenia odsyłające, jak na FIG 2. Zasadniczo sposób z FIG 3 różni się tym, że po kroku S2, gdy obciążenie, z którym pracuje silnik, jest mniejsze niż progowa wartość obciążenia, najpierw w kroku S6 dokonuje się zapytania, czy półprzewodniki mocy układu napędowego 5 mają wyższą temperaturę niż wartość progowa temperatury. 10 Może być to stwierdzone przez detektor 8 temperatury, który albo podaje temperaturę układu napędowego 5 i przekazuje ją jednostce sterującej 6 lub stwierdza, że wartość progowa temperatury została przekroczona, i to przekroczenie sygnalizuje jednostce sterującej 6. [0025] Gdy 15 zostanie stwierdzone, że wartość progowa temperatury została przekroczona, sposób przeprowadza jako następny krok S3, w którym jest sterowany układ bocznikujący 4 aby bocznikować układ napędowy 5. Przez to silnik 2 jest bezpośrednio łączony ze źródłem 3 prądu przemiennego i sterowanie układem napędowym 5 nie dochodzi do skutku i jest korzystnie przeprowadzane tak, że półprzewodniki mocy w układzie napędowym 5 są w stanie wyłączonym. 20 [0026] Gdy temperatura układu napędowego 5 nie przekroczyła wartości progowej temperatury, to jest następnie przeprowadzany krok S4, przy czym układ bocznikujący 4 zostaje dezaktywowany (otwarty), o ile nie jest on jeszcze dezaktywowany, oraz układ napędowy 5 jest sterowany odpowiednio do wyżej opisanego kroku S5, aby silnik 2 pracował optymalnie w sposób dopasowany w obszarze obciążenia częściowego do 25 przyłożonego do silnika 2 obciążenia (określonego w kroku S2). [0027] Zapytania kroku S2 i kroku S6 są wykonywane powtórnie, tak, że jednostka sterująca 6 również podczas bieżącej pracy może zdecydować w każdej chwili, aby dokonać zmiany między trybem oszczędzania energii, w którym silnik 2 po fazie włączenia pracuje z obciążeniem częściowym oraz jest sterowany przez układ 55P29568PL00       ? 8 ?         EP 2 060 000 B1  napędowy 5, oraz trybem bocznikowania, w którym silnik 2 jest zasilany bezpośrednio przez źródło 3 prądu przemiennego. [0028] Sposób według wynalazku dotyczy w szczególności układów silnikowych, w których układ napędowy 5 jest zaprojektowany jedynie do tego, aby zapewnić łagodny 5 rozruch silnika. Taki łagodny rozruch ma miejsce tylko w krótkim czasie podczas fazy włączania silnika 2, tzn. układ napędowy jest wymiarowany minimalnie odpowiednio do tego wymagania i nie jest przeznaczony do ciągłej pracy silnika 2, ponieważ albo półprzewodniki mocy są za słabe, albo nie jest przewidziane odpowiednie odprowadzenie ciepła. W szczególności z tego powodu należy dobrać progową wartość 10 obciążenia tak, że praca silnika 2 w obszarze obciążenia częściowego nie prowadzi do przeciążenia układu napędowego 5, co w szczególności w sposobie według Figury 3 doprowadziłoby do częstego przełączania między trybem bocznikowania i trybem oszczędzania energii na skutek przekraczania wartości progowej temperatury. Tryb oszczędzania energii jest szczególnie wtedy sensowny, gdy silnik pracuje z częściowym 15 obciążeniem (np. < 60 % mocy nominalnej silnika). Moc nominalna silnika jest maksymalną mocą, z którą silnik może pracować niezawodnie przez nieograniczony czas. Aby liczbę tych procesów przełączania między trybem oszczędzania energii i trybem bocznikowania jeszcze bardziej zredukować, progowa wartość obciążenia może być również dobrana tak, że tryb oszczędzania energii jest przeprowadzany tylko wtedy, 20 gdy obciążenie silnika prowadzi do prądu płynącego przez silnik, który wynosi 20 % 40 % (zależnego od mocy nominalnej) prądu nominalnego silnika. 55P29568PL00       ? 9 ?         EP 2 060 000 B1  Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób pracy układu silnikowego (1) z układem napędowym (5) i silnikiem (2), przy czym układ napędowy (5) pracuje podczas fazy włączania, aby wykonać 5 łagodny rozruch silnika (2), i przy czym układ napędowy (5) w fazie pracy normalnej w zależności od obciążenia, z którym pracuje silnik (2), może być bocznikowany, przy czym w fazie pracy normalnej układ napędowy (5) jest bocznikowany ponadto w zależności od temperatury w układzie napędowym (5). 2. 10 Sposób według zastrzeżenia 1, przy czym obciążenie, z którym pracuje silnik (2), jest wykrywane w ten sposób, że jest wykonywany pomiar prądu płynącego przez silnik (2). 3. Sposób według zastrzeżenia 1 albo 2, przy czym układ napędowy (5) jest bocznikowany, gdy obciążenie, z którym pracuje silnik (2), jest większe niż progowa wartość obciążenia. 15 4. Sposób według zastrzeżenia 3, przy czym, gdy obciążenie, z którym pracuje silnik (2), jest mniejsze niż progowa wartość obciążenia, nie jest przeprowadzane bocznikowanie układu napędowego (5) i układ napędowy (5) pracuje w trybie nacinania fazy. 5. 20 Sposób według zastrzeżenia 4, przy czym moc jest nastawiana w zależności od obciążenia, z którym pracuje silnik (2). 6. Sposób według zastrzeżenia 1, przy czym układ napędowy jest bocznikowany, gdy temperatura przekroczy temperaturę progową. 7. Układ silnikowy (1) zawierający: - silnik (2); 25 - układ napędowy (5) do sterowania silnikiem; - jednostkę sterującą (6), która jest połączona z układem napędowym (5), aby sterować układem napędowym (5) podczas fazy włączania, aby wykonać łagodny rozruch silnika (2); oraz - układ bocznikujący (4), za pomocą którego w fazie pracy normalnej może być 30 bocznikowany układ napędowy (5) w zależności od obciążenia, z którym 55P29568PL00       ? 10 ?         EP 2 060 000 B1  pracuje silnik (2), przy czym jednostka sterująca (6) steruje układem bocznikującym (4) w fazie pracy normalnej w taki sposób, że układ napędowy (5) jest bocznikowany w zależności od temperatury w układzie napędowym (5). 8. 5 Układ silnikowy (1) według zastrzeżenia 7, z układem detekcyjnym, aby wykrywać obciążenie, z którym pracuje silnik (2), w taki sposób, że jest wykonywany pomiar prądu płynącego przez silnik (2). 9. Układ silnikowy (1) według zastrzeżenia 7 albo 8, przy czym jednostka sterująca (6), gdy za pomocą układu detekcyjnego (7) zostanie stwierdzone, że obciążenie, z którym pracuje silnik (2), jest większe niż progowa wartość 10 obciążenia, steruje układem bocznikującym (4) tak, aby układ napędowy (5) był bocznikowany. 10. Układ silnikowy (1) według zastrzeżenia 9, przy czym jednostka sterująca (6), gdy za pomocą układu detekcyjnego (7) zostanie stwierdzone, że obciążenie, z którym pracuje silnik (2), jest mniejsze niż progowa wartość obciążenia, steruje 15 układem napędowym (5), aby napędzać silnik (2) w trybie nacinania fazy. 11. Układ silnikowy (1) według zastrzeżenia 10, przy czym jednostka sterująca (6) napędza układ napędowy (5) w taki sposób, że moc jest nastawiana w zależności od obciążenia, z którym pracuje silnik (2). 12. 20 Układ silnikowy (1) według zastrzeżenia 7, z czujnikiem (8) temperatury, który jest połączony z jednostką sterującą (6), aby, gdy temperatura przekroczy temperaturę progową, bocznikować układ napędowy (5) za pomocą układu bocznikującego (5). 25 SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Pełnomocnik: 55P29568PL00       ? 11 ?         EP 2 060 000 B1 










ANKIETA

Jak oceniasz nowe technologie na mundialu?