BRPI0716248A2

BRPI0716248A2 - mÉtodo para operaÇço de um sistema de motor, e um sistema de motor

Info

Publication number: BRPI0716248A2
Application number: BRPI0716248-0A
Authority: BR
Inventors: Norbert Reichenbach; Johann Seitz
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2007-08-20
Publication date: 2013-09-03
Also published as: PL2060000T3; US20100045223A1; EP2060000A1; WO2008028798A1; ES2377213T3; BRPI0716248B1; EP2060000B1; ATE543247T1; CN101512889B; US8154232B2; CN101512889A

Abstract

MÉTODO PARA OPERAÇçO DE UM SISTEMA DE MOTOR, E UM SISTEMA DE MOTOR. A apresente invenção refere-se a um sistema de motor (1), em que uma partida suave do motor (2) foi implementada, a operação do motor (2), em que o consumo de energia é reduzido, é proposto operar o circuito acionador (5) durante uma fase de ligação a fim de realizar uma partida suave do motor (2), que em o circuito acionador (5) pode ser desviado em uma fase de operação normal como uma função de uma carga, por meio da qual o motor (2) é operado.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA OPERAÇÃO DE UM SISTEMA DE MOTOR, E UM SISTEMA DE MOTOR".

A presente invenção refere-se a um método para operação de um sistema de motor tendo um circuito acionador e um motor, e a um siste- ma de motor tal como este também.

Dependendo do campo de uso, sistemas de motor são agora fornecidos com unidades que permitem a partida suave do motor, a fim de evitar partida trepidante do motor, por exemplo quando a tensão de opera- ção máxima é aplicada imediatamente. Para este propósito, o motor é nor- malmente fornecido com um circuito acionador que é acionado por uma uni- dade de controle em uma maneira adequada, por exemplo, por meio de con- trole de comutação de fase, a fim de assegurar que a tensão que é suprida ao motor suba lentamente durante a fase de ligação. O circuito acionador normalmente tem semicondutores de potência que absorvem uma parte da potência fornecida ao motor, e converte em perdas de calor.

A fim de reduzir a perda de energia no circuito acionador, o cir- cuito acionador é ligado em ponte depois da fase de ligação, o que quer di- zer ao atingir o nível de acionamento do motor máximo, como um resultado do que é suprimida a perda de potência no circuito acionador, o que quer dizer em seus semicondutores de energia. Isto reduz consideravelmente a perda de potência durante a operação contínua, em particular na carga no- minal do motor, tornando assim mais fácil fornecer condicionamento de ar para o gabinete de distribuição. Além do mais, isto torna possível distribuir elementos de refrigeração fisicamente grandes, permitindo assim um projeto de dispositivo compacto.

Quando o circuito acionador é ligado em ponte, o motor é nor- malmente acionado com a voltagem disponível máxima. Quando o motor está sendo operado em uma faixa de carga parcial, o que quer dizer em uma faixa em que a carga aplicada no motor é menor que uma carga nominal, as leis da física significam que a corrente que é retirada pelo motor não diminui na mesma proporção. No entanto, isto resulta em perdas de calor maiores que o necessário no motor, como um resultado do que é exigida mais potên- cia para operar o motor do que a necessária. Quando o motor em sistemas de motor, em que não é possível ligar em ponte o circuito acionador, é ope- rado na faixa de carga nominal, altas perdas em geral ocorrem nos semi- condutores de potência no circuito acionador.

O objetivo da presente invenção é permitir que o motor em um sistema de motor em que é fornecida uma partida suave para o motor ser operado em uma maneira em que o consumo de energia do motor é reduzi- do.

Este objetivo é alcançado pelo método para operação de um

sistema de motor como reivindicado na reivindicação 1, e pelo sistema de motor como reivindicado na reivindicação 8.

Aprimoramentos vantajosos adicionais da invenção são especifi- cados nas reivindicações dependentes. De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é

fornecido um método para a operação de um sistema de motor tendo um circuito acionador e um motor. O circuito acionador é operado durante uma fase ligada, a fim de realizar a partida suave do motor. Em uma fase de ope- ração normal, o circuito acionador pode ser ligado em ponte. Neste caso, o circuito acionador é ligado em ponte na fase de operação normal como uma função de uma carga em que o motor está sendo operado.

Isto permite que um sistema de motor com uma opção de partida suave, seja operado em um modo de economia de energia na qual, na fase de operação normal, o motor não é acionado independentemente da carga aplicada, como seria o caso se o circuito acionador devesse ser ligado em paralelo incondicionalmente depois da fase ligada. Em vez disto, a ligação em ponte do circuito acionador é realizada como uma função da carga que é aplicada ao motor. A carga em que o motor está sendo operado é de prefe- rência detectada pela medição de uma corrente através do motor. A medição de corrente torna possível determinar o consumo de energia do motor, que está por sua vez relacionado com a carga que é aplicada ao motor.

Particularmente, quando a carga na qual o motor está sendo o- perado é maior que o valor de carga limite, o circuito acionador é ligado em ponte. Neste caso, quando a carga em que o motor está sendo operado é menor que o valor de carga limite, o circuito acionador de preferência não é ligado em ponte e o circuito acionador é operado tal que o motor é acionado no modo de comutação de fase. Neste modo, o motor é alimentado com so- mente a energia que é exigida para operar o motor na carga parcial. Além do mais, a energia é de preferência ajustada como uma função da carga em que o motor está sendo operado (modo de economia de energia).

Em adição, é possível fornecer o circuito acionador ainda para ser ligado em ponte durante a fase de operação normal, como uma função de uma temperatura no circuito acionador. Isto torna possível assegurar que o circuito acionador, que é em geral designado somente para cargas baixas no caso de um sistema de motor com um modo de partida suave, seja pro- tegido contra superaquecimento no modo de economia de energia. De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, um

sistema de motor é fornecido com um motor, um circuito acionador para a- cionar o motor, e uma unidade de controle que é conectada no circuito acio- nador a fim de acionar o circuito acionador durante uma fase de ligação tal que a partida suave do motor é realizada. Um circuito em ponte é também fornecido, por meio do qual o circuito acionador pode ser ligado em ponte em uma fase de operação normal, em que, na fase de operação normal, a unidade de controle usa o circuito em ponte para ligar em ponte o circuito acionador como uma função de uma carga em que o motor está sendo ope- rado.

Um circuito de detecção é de preferência fornecido a fim de de-

tectar a carga em que o motor está sendo operado, pela medição de uma corrente através do motor.

De acordo com uma modalidade da invenção, a unidade de con- trole liga em ponte o circuito acionador quando o circuito de detecção des- cobre que a carga em que o motor está sendo operado é maior que um valor de carga limite.

Além do mais, quando o circuito de detecção descobre que a carga em que o motor está sendo operado é menor que o valor de carga limite, a unidade de controle pode acionar o circuito acionador a fim de ope- rar o motor em um modo de comutação de fase.

Além do mais, a unidade de controle pode operar o circuito acio- nador tal que a energia é ajustada como uma função da carga em que o mo- tor está sendo operado (modo de economia de energia).

De acordo com uma modalidade da invenção, a unidade de con- trole pode acionar o circuito em ponte na fase de operação normal tal que o circuito acionador é ligado em ponte como uma função de uma temperatura no circuito acionador.

As modalidades preferidas da invenção serão explicadas em mais detalhe no texto seguinte com referência aos desenhos anexos, em que:

a figura 1 mostra um diagrama de bloco de um sistema de motor de acordo com a invenção;

a figura 2 mostra um fluxograma a fim de ilustrar o método para a operação de um sistema de motor em uma modalidade adicional da inven- ção; e

a figura 3 mostra um fluxograma de um método para a operação de um sistema de motor de acordo com uma modalidade adicional da inven- ção.

A figura 1 mostra um diagrama de bloco de um sistema de motor 1 que tem um motor elétrico 2, por exemplo um motor assíncrono ou algum outro motor sem escova. O motor 2 na modalidade exemplar ilustrada é ope- rado com a ajuda de uma fonte de corrente alternada 3 e pode ser conecta- do diretamente na mesma por meio de um circuito em ponte 4 que, por e- xemplo, está na forma de um comutador, ou por meio de um circuito aciona- dor 5, que modifica a corrente alternada da fonte de corrente alternada 3, por exemplo por meio de controle de comutação de fase, como uma função de um valor de acionamento S que é fornecido, a fim de aplicar energia parcial ao motor 2.

A variável de acionamento S é fornecida por uma unidade de controle 6. A unidade de controle 6 é também conectada ao circuito em pon- te 4 a fim de comutar este tal que liga em paralelo ou não liga em ponte o circuito acionador 5. Além do mais, a unidade de controle 6 pode ser conec- tada a um circuito detector 7 que mede uma corrente no motor 2 a fim de determinar a carga no motor 2 a partir deste. Além do mais, um sensor de temperatura 8 pode opcionalmente ser fornecido, que está disposto no cir- cuito acionador 5 a fim de detectar a temperatura do circuito acionador 5 e em particular descobrir se um valor limite de temperatura específico está sendo excedido. A temperatura e/ou o excedente do valor limite de tempera- tura são/é indicado na unidade de controle 6.

A figura 2 mostra um fluxograma a fim de ilustrar o método para a operação do sistema de motor 1 de acordo com a invenção. Uma vez que o sistema de motor foi ligado, ou depois de sinalizar que o motor pretende ser iniciado, o motor é acionado com um nível de energia ascendente de acordo com um programa de partida suave, de tal maneira que o motor inicia sem trepidação (etapa S1). Então, isto quer dizer depois do fim da fase de ligar, uma verificação é realizada em uma etapa S2 para determinar se a carga na qual o motor 2 está sendo operado é maior que um valor de carga limite. Neste caso, o circuito detector 7 é primeiro de tudo usado para deter- minar a carga no motor 2. Se a carga no motor 2 é maior que o valor de car- ga limite (etapa S2), a unidade de controle 6 aciona o circuito em ponte 4 tal que o motor 2 é conectado diretamente por meio do comutador fechado no circuito em ponte na fonte de corrente alternada 3, e o circuito acionador 5 é assim ligado em ponte. Se a carga em que o motor está sendo operado é menor que o

valor de carga limite, então, na etapa S4, o circuito em ponte 4 é acionado pela unidade de controle 6 tal que a conexão direta entre a fonte de corrente alternada 3 e o motor 2 é interrompida, e o motor 2 é agora acionado por meio do circuito acionador 5 (etapa S5). A unidade de controle 6 aciona o circuito acionador 5 como uma função da carga, como determinado na etapa S2, no motor 2, tal que o motor 2 é fornecido somente com uma quantidade de energia que é suficiente para operação da carga que é aplicada no motor 2. Por exemplo, o circuito acionador 5 pode realizar o controle de comutação de fase da corrente alternada fornecida pela fonte de corrente alternada 3, como uma função da variável de acionamento S, que é determinada pela unidade de controle 6 com base na corrente detectada através do motor 2. O controle de comutação de fase significa que a voltagem efetiva que é aplica- da no motor 2 é reduzida tal que o consumo de energia do motor 2 que, co- mo foi estabelecido acima, está sendo operado somente em uma carga par- cial, é menor que no caso de um circuito acionado ligado em paralelo 5, em cujo caso o motor é operado com uma tensão máxima pela fonte de corrente alternada.

A figura 3 mostra uma opção adicional para um método de ope- ração de um sistema de motor de acordo com a invenção. As etapas idênti- cas no método são fornecidas com os mesmos símbolos de referência como na figura 2. O método na figura 3 difere essencialmente em que, depois da etapa S2, quando a carga em que o motor está sendo operado é menor que o valor de carga limite, uma verificação é primeiro de tudo realizada em uma etapa S6 para determinar se os semicondutores de potência no circuito a- cionador 5 estão a uma temperatura maior que o valor limite de temperatura. Isto pode ser detectado pelo detector de temperatura 8 que indica a tempe- ratura do circuito acionador 5 e transmite esta para a unidade de controle 6, ou descobre que o valor limite de temperatura foi excedido, e sinaliza este excesso para a unidade de controle 6.

Se for verificado que o valor limite de temperatura foi excedido, o método realiza a etapa S3 como a etapa seguinte, em que o circuito em pon- te 4 é acionado a fim de ligar em ponte o circuito acionador 5. Em conse- qüência, o motor 2 é conectado diretamente na fonte de corrente alternada 3 e o acionado do circuito acionador 5 é suprimido, e é de preferência realiza- do de tal maneira que os semicondutores de potência no circuito acionador 5 estão em um estado desligado. Se a temperatura do circuito acionador 5 não excedeu o valor

limite de temperatura, então a etapa S4 é realizada na etapa seguinte, em que o circuito em ponte 4 é desativado (aberto), na medida em que não foi ainda desativado, e o circuito acionador 5 é acionado correspondendo à eta- pa S5 como descrito acima, a fim de operar o motor 2 tal que é combinado otimamente na faixa de carga parcial com a carga (determinada na etapa S2) aplicada ao motor 2.

As verificações na etapa S2 e etapa S6 são realizadas repeti-

damente, como um resultado do que a unidade de controle 6 pode também decidir a qualquer momento durante a operação mudar entre o modo de e- conomia de energia, em que o motor 2 é operado com uma carga parcial depois da fase de ligação e é acionado pelo circuito acionador 5, e um modo de ponte, em que o motor 2 é suprido diretamente pela fonte de corrente alternada 3.

O método de acordo com a invenção refere-se em particular a sistemas de motor em que o circuito acionador 5 é projetado para assegurar somente partida suave do motor. A partida suave tal como esta é realizada somente brevemente durante a fase de ligação do motor 2, o que quer dizer o circuito acionador é de dimensões mínimas correspondendo a esta exi- gência, e não é pretendida para operação contínua do motor 2, desde que tanto os semicondutores de potência são designados para serem muito fra- cos quanto nenhuma dissipação de calor adequada é fornecida. Por esta razão, em particular, o valor de carga limite deve ser escolhido tal que a ope- ração do motor 2 em uma faixa de carga parcial não leva à sobrecarga do circuito acionador 5 que, particularmente no caso do método mostrado na figura 3, levaria à comutação freqüente para trás e para frente entre o modo de ponte e o modo de economia de energia, como um resultado do valor de limite de temperatura sendo excedido. Um modo de economia de energia é particularmente de valor quando o motor é operado em carga parcial (por exemplo <60% da potência nominal do motor). A potência nominal de motor é a potência máxima em que o motor pode ser operado com segurança so- bre um período de tempo não limitado. A fim de reduzir ainda o número des- tes processos de comutação entre o modo de economia de energia e o mo- do de ponte, o valor de carga limite pode também ser escolhido tal que o modo de economia de energia é usado somente quando a carga do motor leva a uma corrente através do motor que é 20-40% da corrente nominal (que é dependente na potência nominal) do motor.

Claims

1. Método para a operação de um sistema de motor (1) tendo um circuito acionador (5) e um motor (2), em que o circuito acionador (5) é operado durante uma fase ligada, a fim de realizar a partida suave do motor (2), e em que o circuito acionador (5) pode ser ligado em ponte em uma fase de operação normal, como uma função de uma carga na qual o motor (2) está sendo operado.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a carga em que o motor (2) está sendo operado é detectada pela medição de uma cor- rente através do motor (2)

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que o cir- cuito acionador (5) é ligado em ponte quando a carga na qual o motor (2) está sendo operado é maior que o valor de carga limite.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, em que, quando a carga em que o motor (2) está sendo operado é menor que o valor de carga limite, o circuito acionador (5) não é ligado em ponte, e o circuito acionador (5) é operado em um modo de comutação de fase.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, em que a energia é ajustada como uma função da carga em que o motor (2) está sendo opera- do.

6. Método, de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, em que, durante a fase de operação normal, o circuito acionador (5) ainda é li- gado em ponte como uma função de uma temperatura no circuito acionador (5)·

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, em que o circuito acionador é ligado em ponte quando a temperatura excede uma temperatura limite.

8. Sistema de motor (1) compreendendo: - um motor (2); - um circuito acionador (5) para acionar o motor; - uma unidade de controle (6) que é conectada no circuito acio- nador (5) a fim de acionar o circuito acionador (5) durante uma fase de liga- ção de modo a realizar a partida suave do motor (2); e - um circuito em ponte (4), por meio do qual, na fase de opera- ção normal, o circuito acionador (5) pode ser ligado em ponte como uma fun- ção de uma carga em que o motor (2) está sendo operado.

9. Sistema de motor (1), de acordo com a reivindicação 8, tendo um circuito de detecção a fim de detectar a carga em que o motor (2) está sendo operado, pela medição de uma corrente através do motor (2).

10. Sistema de motor (1), de acordo com a reivindicação 8 ou 9, em que, quando o circuito de detecção (7) percebe que a carga em que o motor (2) está sendo operado é maior que um valor de carga limite, a unida- de de controle (6) aciona o circuito em ponte (4) tal que o circuito acionador (5) é ligado em ponte.

11. Sistema de motor (1), de acordo com a reivindicação 10, em que, quando o circuito de detecção (7) percebe que a carga em que o motor (2) está sendo operado é menor que um valor de carga limite, a unidade de controle (6) aciona o circuito acionador (5) a fim de operar o motor (2) em um modo de comutação de fase.

12. Sistema de motor (1), de acordo com a reivindicação 11, em que a unidade de controle (6) opera o circuito acionador (5) tal que a potên- cia é ajustada como uma função da carga em que o motor (2) está sendo operado.

13. Sistema de motor (1), de acordo com uma das reivindicações 8 a 12, em que a unidade de controle (6) aciona o circuito em ponte (4) na fase de operação normal tal que o circuito acionador (5) é ligado em ponte como uma função de uma temperatura no circuito acionador (5).

14. Sistema de motor (1), de acordo com a reivindicação 13, tendo um detector de temperatura (8) que é conectado na unidade de con- trole (6) a fim de ligar em ponte o circuito acionador (5) com a ajuda do cir- cuito em ponte (5) quando a temperatura excede uma temperatura limite.