PL B1. Układ samochodowego prądnico-rozrusznika ze wzbudzeniem elektromagnetycznym i sposób jego sterowania

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. F02N 11/00 ( ) H02K 19/10 ( ) H02K 19/34 ( ) (54) Układ samochodowego prądnico-rozrusznika ze wzbudzeniem elektromagnetycznym i sposób jego sterowania (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 18/10 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 09/13 (73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA KRAKOWSKA IM. TADEUSZA KOŚCIUSZKI, Kraków, PL (72) Twórca(y) wynalazku: JÓZEF TUTAJ, Kraków, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Zbigniew Korzeniowski

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ samochodowego prądnico-rozrusznika ze wzbudzeniem elektromagnetycznym i sposób jego sterowania zapewniający większy poziom niezawodności pokładowego systemu zasilania pojazdów samochodowych z własną baterią akumulatorów. W szczególności rozwiązanie to nadaje się do stabilizacji napięcia wyjściowego tego układu przy pracy prądnicowej. W ostatnich latach zauważyć można podejmowanie licznych prac mających na celu opracowanie zintegrowanego systemu zasilania i rozruchu dla współczesnego pojazdu samochodowego, co umożliwiłoby wyeliminowanie w nim dotychczas stosowanych szczotkowych, komutatorowych maszyn elektrycznych prądu stałego tj. rozrusznika elektromechanicznego z komutatorem mechanicznym i samochodowej prądnicy prądu stałego. Ma to istotny wpływ nie tylko na trwałość i niezawodność, lecz także na większe możliwości techniczne dotychczasowych rozwiązań samochodowego systemu rozruchu silnika spalinowego i pokładowego systemu zasilania. Obecnie dominuje tendencja do eliminacji wszelkich układów wykonawczych automatyki hydraulicznej i zastępowaniu ich przez elektromechaniczne elementy wykonawcze jak np. elektromechaniczne siłowniki zaworów rozrządu, hamulce elektryczne, silniki elektryczne układu wspomagania kierownicy lub systemu czterech kół kierowanych, elementy wykonawcze zawieszenia aktywnego. Również dodatkowy pobór prądu przez napędy elektrycznie podnoszonych szyb, podgrzewane fotele, lusterka itp. powodują ciągły wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną pokładowego systemu zasilania pojazdu samochodowego. Koncepcja zastąpienia dwóch maszyn elektrycznych prądu stałego - prądnicy i rozrusznika - jedną maszyną jest znana od dawna, jednak jeszcze do niedawna nie udało się praktyczne połączyć funkcji obu maszyn ze względu na inne wymagania stawiane obu maszynom. Podczas pracy silnikowej jako rozrusznik silnika spalinowego istnieje potrzeba uzyskania dużego momentu rozruchowego, dlatego stosowane są w rozrusznikach przekładnie redukujące prędkość obrotową, natomiast podczas pracy prądnicowej dla uzyskania oddawania energii elektrycznej do pokładowej sieci prądu stałego, przy możliwie najmniejszej prędkości obrotowej silnika spalinowego stosowana jest przekładnia zwiększająca prędkość obrotową prądnicy. Dopiero w ostatnich latach znaczący postęp techniczny w dziedzinie energoelektroniki umożliwił zastąpienie dwóch komutatorowych maszyn elektrycznych prądu stałego jedną bezszczotkową maszyną elektryczną. Spowodowane to zostało tym, że na skalę masową zaczęto wytwarzać w wersji scalonej trójfazowe układy mostkowe, złożone z szybkich diod mocy i zaworów elektrycznych w pełni sterowalnych np. 3-fazowe moduły tranzystorowe MOSFET, IGBT itp. Z japońskiego rozwiązania ujawnionego w patencie europejskim EP (Int. Cl B60K6/02; F02N11/04) znany jest układ sterowania maszyny elektrycznej z magnesami trwałymi pracującej jako samochodowy prądnico-rozrusznik. Podczas pracy silnikowej maszyna ta ze wzbudzeniem magneto-elektrycznym zasilana jest z falownika, zrealizowanego na tranzystorach bipolarnych (lub MOSFET, IGBT itp.) wraz z diodami zwrotnymi. Prąd od baterii akumulatorów do falownika przepływa przez dławik oraz diodę. Regulacja prędkości obrotowej odbywa się poprzez przetwarzanie przez jednoukładowy mikrokomputer (mikrokontroler) sygnału sterującego od czujnika położenia wału wirnika maszyny elektrycznej i odpowiednie sterowanie tranzystorami komutatora elektronicznego. Praca silnikowa tej maszyny nie nastręcza problemów technicznych i stanowi typowy przypadek stosowanych obecnie często, tzw. napędów regulowanych (falownikowych). Natomiast główny problem techniczny występuje podczas pracy prądnicowej tej maszyny. Ponieważ strumień magnetyczny wzbudnika jest stały (wzbudzenie maszyny pochodzi od magnesów trwałych wirnika), napięcie indukowane rotacji w uzwojeniu twornika maszyny w stojanie jest wprost proporcjonalne do prędkości obrotowej wału wirnika, co sprawia podstawową trudność współpracy tej prądnicy z baterią akumulatorów, gdyż napięcie na zaciskach baterii akumulatorów powinno być utrzymywane podczas pracy silnika spalinowego na określonym, stałym poziomie, niezależnie od zmian prędkości obrotowej i obciążenia prądowego odbiorników energii elektrycznej. Przy założeniu, że wartość napięcia indukowanego w uzwojeniu twornika przy prędkości biegu jałowego silnika spalinowego wynosi 42 V, to przy maksymalnej prędkości silnika spalinowego, napięcie to wzrastałoby do wartości około 300 V. Podczas pracy prądnicowej maszyny elektrycznej, napięcie indukowane w uzwojeniach twornika zostaje wyprostowane za pomocą prostownika w układzie trójfazowym mostkowym, złożonego z diod zwrotnych falownika. Aby zapewnić regulację (stabilizację) napięcia wyjściowego prądnicy i prawidłową współpracę z baterią akumulatorów oraz odbiornikami energii elektrycznej, zastosowano w tym rozwiązaniu dodatkowy przekształtnik prądu stałego na prąd stały, złożony z tranzystorów, kondensatora obwodu pośredniego oraz dławika. Ta dodatkowa konwersja energii, obniża sprawność ogólną systemu prąd-

3 PL B1 3 nica-rozrusznik, jak również jego niezawodność, gdyż w przypadku uszkodzenia tranzystora tego dodatkowego przekształtnika, podwyższone napięcie przedostaje się do obwodu odbiorników, które przystosowane są do zasilania napięciem o wartości 42V. Z kolei z amerykańskiego opisu patentowego US (Int. Cl F02D 29/06, H02P9/04, H02P11/00) znany jest układ sterowania bezszczotkową maszyną elektryczną ze wzbudzeniem elektromagnetycznym z 3 fazowym uzwojeniem wzbudnicy jako maszyny pomocniczej, która osadzona jest na wspólnym wale z maszyną główną. Rozwiązanie to wyróżnia stykowy przełącznik baterii akumulatorów, diodowy prostownik główny i wirujący oraz kilka połączonych równolegle trakcyjnych falowników (inwertorów). Celem wynalazku jest zapewnienie odpowiedniego poziomu niezawodności układu prądnica- -rozrusznik, zwłaszcza podczas pracy prądnicowej, przy szerokim zakresie zmian prędkości obrotowej silnika. Istota układu charakteryzuje się tym, że bezpośrednio do zacisków baterii przyłączone są równolegle dwa elektroniczne komutatory sterowane sygnałami ze zintegrowanego sterownika, podłączone do zacisków dwusekcyjnego uzwojenia stojana: uzwojenia głównego oraz uzwojenia pomocniczego. Komutator główny połączony jest z 3-fazowym uzwojeniem głównym stojana, a komutator pomocniczy połączony jest z 1-fazowym uzwojeniem pomocniczym stojana. Układ komutatora głównego stanowi 3-fazowy mostek złożony z dwukierunkowych (bipolarnych) kluczy elektronicznych i równolegle z nimi połączonych diod rozładowczych. Z kolei układ komutatora pomocniczego stanowi 1-fazowy mostek złożony z dwukierunkowych kluczy elektronicznych i równolegle z nimi połączonych diod rozładowczych. Korzystnie układ ma zabudowany na wirniku komutator wirnika, który stanowi sterowany tranzystorowy prostownik 3-fazowy (AC/DC), złożony z dwukierunkowych kluczy elektronicznych i równolegle z nimi połączonych diod rozładowczych, oraz sterownika wirnika sterującego tymi kluczami elektronicznymi. Istota sposobu sterowania tego układu charakteryzuje się tym, że zintegrowany sterownik układu steruje równocześnie kluczami elektronicznymi komutatora głównego, jak i kluczami komutatora pomocniczego według odrębnych algorytmów sterowania dla pracy silnikowej i prądnicowej układu. Podczas pracy silnikowej komutator główny pracuje jako falownik 3-fazowy ze sprzężeniem zwrotnym od sygnału położenia wału maszyny, a komutator pomocniczy pracuje jako falownik 1-fazowy, który zasila 1-fazowe uzwojenie pomocnicze stojana prądem przemiennym. Z kolei podczas pracy prądnicowej komutator główny pracuje jako sterowany prostownik 3-fazowy (AC/DC), przy czym równolegle do diod komutatora głównego wysterowywane są jego klucze elektroniczne, do których sygnały sterujące na wejścia poszczególnych kluczy doprowadzane są w momencie, kiedy przewodzić powinna dioda rozładowcza bocznikująca dany klucz elektroniczny, a komutator pomocniczy pracuje jako przekształtnik energoelektroniczny (DC/DC), przekształcający energię elektryczną prądu stałego na energię prądu stałego. Korzystnie sposób charakteryzuje się tym, że zarówno podczas pracy prądnicowej jak i silnikowej sterownik wirnika uruchamia naprzemienną pracę kluczy elektronicznych komutatora wirnika jako sterowanego tranzystorowego prostownika 3-fazowego (AC/DC), przy czym równolegle do diod komutatora wirnika wysterowywane są klucze elektroniczne, do których sygnały sterujące doprowadzane są przez sterownik wirnika w momencie, kiedy przewodzić powinna dioda bocznikująca dany klucz elektroniczny. Z kolei korzystnie jest, gdy podczas pracy prądnicowej algorytm sterowania sterownika uruchamia naprzemienną pracę kluczy elektronicznych komutatora pomocniczego łącząc szeregowo dwa jego klucze elektroniczne, przy czym poprzez te klucze reguluje się napięcie prądnicy na dwóch różnych poziomach utrzymując je na stałym, zadanym poziomie za pomocą zmian wartości średniej prądu wzbudzenia pomocniczej maszyny elektrycznej, poprzez komparatory sterownika. Natomiast podczas pracy silnikowej algorytm sterowania sterownika uruchamia naprzemienną pracę dwóch par kluczy elektronicznych komutatora pomocniczego pracującego jako falownik, przy czym prąd przemienny uzwojenia wzbudzenia komutatora pomocniczego może być uzyskany dowolnie znaną metodą np. poprzez sinusoidalną modulację szerokości impulsów sterujących podawanych na wybrane klucze elektroniczne komutatora pomocniczego, bądź poprzez pseudosinusoidalną modulację, bądź trapezoidalną modulację szerokości podawanych impulsów lub za pomocą impulsów prostokątnych. Zaletą rozwiązania jest to, że zapewnia ono większy poziom niezawodności systemu zasilania niż dotychczasowe rozwiązania koncernów samochodowych. Ten sposób sterowania bezszczotkową

4 4 PL B1 maszyną elektryczną prądu stałego umożliwia jej pracę jako silnik (rozrusznik) z dużym momentem rozruchowym. Istnieje też możliwość pracy równoległej dwóch napędów: silnika spalinowego i silnika elektrycznego (prądnico-rozrusznika) w pojeździe z napędem hybrydowym (mieszanym). Podczas pracy prądnicowej podwyższenie sprawności zapewnia komutator elektroniczny główny, pracujący jako prostownik tranzystorowy, złożony z tych samych kluczy elektronicznych (tranzystorów MOSFET), które użyte są do pracy silnikowej, co powoduje obniżenie jego kosztów. Sposób sterowania kluczami elektronicznymi komutatora głównego pozwala uzyskać wielokrotnie mniejszy spadek napięcia na jego kluczach wynoszący około 0,1 V przy pełnym obciążeniu, zamiast około 0,9 V na diodzie w przypadku prostownika diodowego. Umożliwia to obniżenie strat mocy na ciepło i zmniejszone nagrzewanie się komutatora podczas pracy, co powoduje wzrost sprawności energetycznej oraz wzrost niezawodności systemu zasilania. Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania zostanie bliżej objaśniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat konstrukcyjny prądnico-rozrusznika, fig. 2 - schemat blokowy prądnico-rozrusznika, fig. 3 - schemat ideowy prądnico-rozrusznika z wirującym prostownikiem diodowym, fig. 4 - schemat ideowy prądnico-rozrusznika z wirującym prostownikiem tranzystorowym, fig. 5 - schemat blokowy dla pracy prądnicowej układu, fig. 6 - schemat blokowy dla pracy silnikowej układu, fig. 7 - wykres sterowania elektronicznym komutatorem pomocniczym, fig. 8 - oscylogram sygnału sterującego elektronicznym kluczem pomocniczym oraz spadku napięcia na kluczu elektronicznym podczas pracy prądnicowej prądnico-rozrusznika, a fig. 9 - schemat układu elektronicznego regulatora napięcia wyjściowego prądnicy o dwóch stopniach regulacji. Konstrukcję prądnico-rozrusznika przedstawioną na fig. 1 stanowi podwójna bezszczotkowa maszyna elektryczna ze wzbudzeniem elektromagnetycznym zbudowanym na wspólnym wale, złożona z maszyny pomocniczej MP oraz maszyny głównej MG, przy czym maszyna pomocnicza MP spełni rolę wzbudnicy zasilającej uzwojenie wzbudzenia wirnika L F maszyny głównej MG. Układ blokowy prądnico-rozrusznika przedstawiony na fig. 2 zawiera komutatory elektroniczne główny 1, pomocniczy 2, prostownik wirujący 3 oraz zintegrowany sterownik ST komutatorów elektronicznych 1 i 2 stojana, do którego zadawany jest sygnał Θ z czujnika obrotów E wirnika maszyny lub wału napędowego pojazdu samochodowego. 3-fazowe uzwojenie pomocnicze wirnika L a, b, c połączone jest z wirującym prostownikiem 3 diodowym lub tranzystorowym, obciążonym na wyjściu uzwojeniem głównym wirnika L F głównej maszyny elektrycznej MG. Natomiast 3-fazowe uzwojenie główne stojana L A, B, C głównej maszyny elektrycznej MG połączone jest z głównym komutatorem elektronicznym stojana 1. Zaciski dwusekcyjnego uzwojenia stojana, uzwojenia głównego L A, L B, L C, oraz uzwojenia pomocniczego L f, przyłączone są równolegle bezpośrednio do zacisków baterii BA. Schemat ideowy przedstawiony na fig. 3 przedstawia układy elektryczne komutatorów stojana ST z diodowym prostownikiem wirującym 3, a fig. 4 - alternatywne rozwiązanie z tranzystorowym prostownikiem wirującym 3 składającym się z komutatora wirującego 3 i sterownika wirującego SW. Układ komutatora głównego 1 stanowi 3-fazowy mostek złożony z dwukierunkowych kluczy elektronicznych K1 - K6 i równolegle z nimi połączonych diod rozładowczych D1 - D6, zaś układ komutatora pomocniczego 2 stanowi 1-fazowy mostek złożony z dwukierunkowych kluczy elektronicznych K7 - K10 i równolegle z nimi połączonych diod rozładowczych D7 - D10. Komutator główny 1, połączony jest z 3-fazowym uzwojeniem głównym L A, L B, L C stojana, a komutator pomocniczy 2, połączony jest z 1-fazowym uzwojeniem pomocniczym L f stojana. Sposób polega na przekształcaniu energii elektrycznej prądu stałego na energię prądu przemiennego 3-fazowego podczas pracy silnikowej poprzez sterowanie komutatora głównego 1 sygnałem Θ położenia kątowego wału wirnika, bądź przekształcający energię elektryczną prądu przemiennego 3-fazowego na energię prądu stałego podczas pracy prądnicowej stanowiącej źródło zasilania dla baterii BA i odbiorników R obc instalacji pokładowej pojazdu. Praca silnikowa Podczas pracy silnikowej przedstawionej na fig. 6 komutator główny 1 pracuje jako falownik 3-fazowy ze sprzężeniem zwrotnym od sygnału Θ położenia wału wirnika, zaś komutator pomocniczy 2 pracuje jako falownik 1-fazowy, który zasila 1-fazowe uzwojenie pomocnicze L f stojana prądem przemiennym. Przy pracy silnikowej algorytm sterowania sterownika ST uruchamia naprzemienną pracę par kluczy elektronicznych K7 i K10 oraz K8 i K9 komutatora pomocniczego 2 pracującego jako falownik, przy czym przemienny prąd wzbudzenia I f uzwojenia L f komutatora pomocniczego 2 może być uzyskany dowolnie znaną metodą np. poprzez sinusoidalną modulację szerokości impulsów sterujących podawanych na wybrane klucze elektroniczne komutatora pomocniczego, bądź poprzez pseudo-

5 PL B1 5 sinusoidalną modulację, bądź trapezoidalną modulację szerokości podawanych impulsów lub za pomocą impulsów prostokątnych jak na fig. 7. Praca prądnicowa Podczas pracy prądnicowej przedstawionej na fig. 5 komutator główny 1 pracuje jako sterowany prostownik tranzystorowy 3-fazowy AC/DC, przy czym równolegle do diod D1 - D6 komutatora głównego 1 wysterowywane są klucze elektroniczne K1 do K6, do których sygnały sterujące na wejścia poszczególnych kluczy K1 - K6 doprowadzane są w momencie, kiedy przewodzić powinna dioda rozładowcza D1 - D6 bocznikująca dany klucz elektroniczny, zaś komutator pomocniczy 2 pracuje jako przekształtnik energoelektroniczny DC/DC, przekształcający energię elektryczną prądu stałego na energię prądu stałego. Podczas pracy prądnicowej następuje podwyższenie sprawności pracy układu, gdyż komutator elektroniczny główny 1, pracuje jako prostownik tranzystorowy 3-fazowy, złożony z tych samych kluczy elektronicznych K1 - K6 (tranzystorów MOSFET), które użyte są do pracy silnikowej. Komutator główny 1 umożliwia wyprostowanie prądów fazowych twornika z wyższą sprawnością niż stosowany powszechnie prostownik diodowy. Sterowanie kluczami elektronicznymi K1 - K6 realizowane jest w ten sposób, że sygnały sterujące na wejściach poszczególnych kluczy pojawiają się w momencie, kiedy przewodzić powinna dioda bocznikująca D1 - D6 dany klucz elektroniczny K1 - K6, jak zobrazowano na fig. 8 na oscylogramie sygnału sterującego kluczem elektronicznym komutatora głównego 1 oraz spadku napięcia na tym kluczu podczas pracy prądnicowej. Na oscylogramie tym linią przerywaną zaznaczono przebieg czasowy spadku napięcia na diodach D1 do D6 w przypadku braku wysterowania klucza elektronicznego K1 - K6 bocznikującego daną diodę. Regulacja napięcia wyjściowego prądnicy w proponowanym rozwiązaniu, utrzymywana jest na stałym, zadanym poziomie za pomocą zmian wartości średniej prądu I f uzwojenia wzbudzenia L f pomocniczej maszyny elektrycznej MP, za pomocą komutatora elektronicznego pomocniczego 2. Schemat przykładowego rozwiązania układu elektronicznego regulatora napięcia wyjściowego prądnicy o dwóch stopniach regulacji przedstawiono na fig. 9. Podczas pracy prądnicowej tego układu algorytm sterowania sterownika ST uruchamia naprzemienną pracę kluczy elektronicznych K7 - K10 komutatora pomocniczego 2 łącząc szeregowo dwa klucze elektroniczne tj. naprzemian parę K7 i K10 bądź K8 i K9, przy czym poprzez te klucze reguluje się napięcie prądnicy na stałym, zadanym poziomie (np. 42V) za pomocą zmian wartości średniej prądu wzbudzenia I f pomocniczej maszyny elektrycznej MP. Komparator KP1 porównuje napięcie referencyjne (U ref ) z napięciem wyjściowym prądnicy sterując jeden z wybranej pary kluczy elektronicznych komutatora pomocniczego 2 (np. K7), natomiast komparator KP2 ma ustawiony za pomocą dzielnika rezystorowego (R3, R4) inny próg komparacji niż KP1 i włącza się do pracy poprzez wyłączenie drugiego klucza elektronicznego wybranej pary (np. K10) jeśli zostanie przekroczony poziom napięcia wyjściowego prądnicy utrzymywany przez komparator KP1 (np. po przekroczeniu napięcia 43V), co stanowi dodatkowe zabezpieczenie przeciwawaryjne. Zastrzeżenia patentowe 1. Układ samochodowego prądnico-rozrusznika ze wzbudzeniem elektromagnetycznym zasilany z pokładowej baterii akumulatorów, zbudowany na podwójnej bezszczotkowej maszynie elektrycznej prądu stałego zintegrowanej na wspólnym wale wirnika, posiadający dwusekcyjny wirnik, na którym 3-fazowe uzwojenie twornika maszyny pomocniczej i 1-fazowe uzwojenie wzbudzenia maszyny głównej połączone jest poprzez wirujący prostownik diodowy zabudowany na wale, posiadający dwusekcyjny stojan, do którego przyłączony jest elektroniczny komutator maszyny głównej, do którego zadawany jest sygnał z czujnika położenia kątowego wału maszyny, a z którego wysyła się sygnały do sterowania elektronicznym komutatorem według zadanego algorytmu sterowania elektronicznego komutatora dla dwufunkcyjnej pracy układu zależnej od zmiennej prędkości obrotowej silnika napędowego pojazdu samochodowego, oraz posiadający komutator pomocniczy wraz ze sterownikiem pomocniczym, znamienny tym, że bezpośrednio do zacisków baterii (BA) przyłączone są równolegle dwa elektroniczne komutatory (1), (2), sterowane sygnałami ze zintegrowanego sterownika (ST), podłączone do zacisków dwusekcyjnego uzwojenia stojana złożonego z uzwojenia głównego (L A, L B, L C ) oraz uzwojenia pomocniczego (L f ), przy czym komutator główny (1), połączony jest z 3-fazowym uzwojeniem głównym (L A, L B, L C ) stojana, a komutator pomocniczy (2), połączony jest z 1-fazowym

6 6 PL B1 uzwojeniem pomocniczym (L f ) stojana, natomiast układ komutatora głównego (1) stanowi 3-fazowy mostek złożony z dwukierunkowych kluczy elektronicznych (K1 - K6) i równolegle z nimi połączonych diod rozładowczych (D1 - D6), zaś układ komutatora pomocniczego (2) stanowi 1-fazowy mostek złożony z dwukierunkowych kluczy elektronicznych (K7 - K10) i równolegle z nimi połączonych diod rozładowczych (D7 - D10). 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że na wirniku maszyny zabudowany jest komutator wirnika (3), który stanowi sterowany tranzystorowy prostownik 3-fazowy (AC/DC), złożony z dwukierunkowych kluczy elektronicznych (K11 - K16) i równolegle z nimi połączonych diod rozładowczych (D11 - D16), oraz sterownik wirnika (SW) sterujący kluczami elektronicznymi (K11 - K16). 3. Sposób sterowania układu samochodowego prądnico-rozrusznika ze wzbudzeniem elektromagnetycznym zbudowanego na podwójnej, zintegrowanej, bezszczotkowej maszynie elektrycznej prądu stałego z prostownikiem wirującym na wspólnym wale wirnika i komutatorami elektronicznymi podłączonymi do każdej sekcji uzwojenia stojana, pracujących według zadanych algorytmów sterowania elektronicznych komutatorów dla dwufunkcyjnej pracy układu, polegający na przekształcaniu energii elektrycznej prądu stałego na energię prądu przemiennego 3-fazowego podczas pracy silnikowej poprzez sterowanie komutatora głównego sygnałem położenia kątowego wału napędowego zależnej od zmiennej prędkości obrotowej silnika napędowego pojazdu samochodowego, bądź przekształcający energię elektryczną prądu przemiennego 3-fazowego na energię prądu stałego podczas pracy prądnicowej, znamienny tym, że zintegrowany sterownik (ST) układu steruje równocześnie kluczami elektronicznymi (K1 - K6) komutatora głównego (1), jak i kluczami (K7 - K10) komutatora pomocniczego (3) według odrębnych algorytmów sterowania dla pracy silnikowej i prądnicowej układu, przy czym podczas pracy silnikowej komutator główny (1) pracuje jako falownik 3-fazowy ze sprzężeniem zwrotnym od sygnału Θ położenia wału maszyny, zaś komutator pomocniczy (2) pracuje jako falownik 1-fazowy, który zasila 1-fazowe uzwojenie pomocnicze (L f ) stojana prądem przemiennym; natomiast podczas pracy prądnicowej komutator główny (1) pracuje jako sterowany prostownik 3-fazowy (AC/DC), przy czym równolegle do diod (D1- D6) komutatora głównego (1) wysterowywane są klucze elektroniczne (K1 do K6) do których sygnały sterujące na wejścia poszczególnych kluczy (K1 - K6) doprowadzane są w momencie, kiedy przewodzić powinna dioda rozładowcza (D1 - D6) bocznikująca dany klucz elektroniczny, zaś komutator pomocniczy (2) pracuje jako przekształtnik energoelektroniczny (DC/DC), przekształcający energię elektryczną prądu stałego na energię prądu stałego. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że zarówno podczas pracy prądnicowej jak i silnikowej sterownik wirnika (SW) uruchamia naprzemienną pracę kluczy elektronicznych (K11 - K16) komutatora wirnika (3) pracujący jako wirujący sterowany tranzystorowy prostownik 3-fazowego (AC/DC), przy czym równolegle do diod (D11 - D16) komutatora wirnika (3) wysterowywane są klucze elektroniczne (K11 - K16) do których sygnały sterujące doprowadzane są przez sterownik wirnika (SW) w momencie kiedy przewodzić powinna dioda (D11 - D16) bocznikująca dany klucz elektroniczny. 5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że podczas pracy prądnicowej algorytm sterowania sterownika (ST) uruchamia naprzemienną pracę kluczy elektronicznych (K7 - K10) komutatora pomocniczego (2) łącząc szeregowo dwa klucze elektroniczne (K7 i K10 bądź K8 i K9), przy czym poprzez te klucze reguluje się napięcie prądnicy na dwóch różnych poziomach utrzymując je na stałym, zadanym poziomie za pomocą zmian wartości średniej prądu wzbudzenia (I f ) pomocniczej maszyny elektrycznej (G1), poprzez komparatory (KP1, KP2) sterownika (ST). 6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że podczas pracy silnikowej algorytm sterowania sterownika (ST) uruchamia naprzemienną pracę dwóch par kluczy elektronicznych (K7 i K10 oraz K8 i K9) komutatora pomocniczego (2) pracującego jako falownik, przy czym prąd przemienny (I f ) uzwojenia wzbudzenia (L f ) komutatora pomocniczego (2) może być uzyskany dowolnie znaną metodą. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że prąd przemienny (I f ) uzwojenia wzbudzenia (L f ) komutatora pomocniczego (2) uzyskuje się poprzez sinusoidalną modulację szerokości impulsów sterujących podawanych na wybrane klucze elektroniczne (K7 do K10) komutatora pomocniczego (2). 8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że prąd przemienny (I f ) uzwojenia wzbudzenia (L f ) komutatora pomocniczego (2) uzyskuje się poprzez pseudosinusoidalną modulację podawanych na wybrane klucze elektroniczne (K7 do K10) komutatora pomocniczego (2). 9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że prąd przemienny (I f ) uzwojenia wzbudzenia (L f ) komutatora pomocniczego (2) uzyskuje się poprzez trapezoidalną modulację szerokości impulsów podawanych na wybrane klucze elektroniczne (K7 do K10) komutatora pomocniczego (2).

7 PL B Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że prąd przemienny (I f ) uzwojenia wzbudzenia (L f ) komutatora pomocniczego (2) uzyskuje się za pomocą impulsów prostokątnych, podawanych na wybrane klucze elektroniczne (K7 do K10) komutatora pomocniczego (2). Rysunki

8 8 PL B1

9 PL B1 9

10 10 PL B1

11 PL B1 11

12 12 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 4,92 zł (w tym 23% VAT)