ES2189290T5 - Procedimiento y dispositivo para el control de un motor sincrono. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para el control de un motor sincrono.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO Y UN DISPOSITIVO PARA EL CONTROL DE UN MOTOR SINCRONICO POLIFASICO QUE FUNCIONA TANTO ORIENTADO EN EL CAMPO, COMO TAMBIEN EN LA ZONA DE ATENUACION DEL CAMPO, CON VARIOS RAMALES DE ARROLLAMIENTO (2-4), UNIENDOSE CADA UNO A UN BORDE DE MOTOR (U, V, W), PONIENDO EN CORTOCIRCUITO LOS BORNES DE MOTOR (U, V, W) POR MEDIO DE UNA CONEXION DE PROTECCION (17), AL MENOS DURANTE EL SERVICIO DEL MOTOR SINCRONICO EN LA ZONA DE ATENUACION DEL CAMPO PARA EL FRENADO DEL MOTOR Y/O EN CASO DE ESTADOS CRITICOS. DE ESTA MANERA SE PUEDE EVITAR DE FORMA EFICAZ LA APARICION DE TENSIONES DEMASIADO GRANDES EN LOS COMPONENTES DE LOS PUENTES DE POTENCIA (7-11) Y ESPECIALMENTE EN EL CONDENSADOR DE CIRCUITO SECUNDARIO (7) POR MEDIO DE LAS TENSIONES INDUCIDAS EN LOS RAMALES DE ARROLLAMIENTO (2-4) DEL ESTATOR MEDIANTE EL GIRO DEL ROTOR.
Description
Procedimiento y dispositivo para el control de
un motor síncrono.
La invención se refiere a un procedimiento según
el preámbulo de la reivindicación 1 y a un dispositivo según el
preámbulo de la reivindicación 3 para el funcionamiento de un motor
síncrono dotado con un rotor de imán permanente.
Se conocen, por la literatura y por la práctica
de aplicación, motores síncronos conmutados electrónicamente,
accionados por una fuente de tensión continua a través de
convertidores controlados. Para aumentar el número de revoluciones
por encima del número límite de revoluciones 10 más allá del
funcionamiento orientado al campo, tales motores síncronos pueden
accionarse mediante debilitamiento de campo, como se ha mostrado en
detalle en los documentos DE 32 03 911 A1, DE 34 24 402 C1, DE 40
21 098 A1 o EP 0 662 266 B1.
Para reducir el número de revoluciones del motor
es habitual el freno electrodinámico. Así, el documento WO 97/05691
A1 describe el frenado dinámico de un servomotor conforme a una
señal de frenado que suministra un modulador de duración de
impulsos y que a través del conmutador, en cada caso, una mitad de
las bifurcaciones del puente cortocircuita la fase del devanado
conectada aquí.
Según el documento DE 36 14 093 A1, después de
la iniciación del proceso de frenado mediante un cortocircuito de
los bornes en un motor de corriente continua sin escobillas,
alimentado a través de un ondulador de impulsos, se forma un
sistema de corriente que actúa a modo de freno hasta que la
corriente del motor máxima que se produce alcanza un valor límite,
para anular ahora de nuevo transitoriamente el cortocircuito de los
bornes, a través del medio de conexión del ondulador de impulsos,
mediante el debilitamiento correspondiente del efecto de
frenado.
Según el documento DE 33 32 938 A1 se consigue
una duración de marcha en inercia acortada del rotor frenado
dinámicamente, de tal manera que los devanados del motor de dos de
las tres fases a alimentar, se separan eléctricamente y a
continuación se conectan a un condensador de frenado conectado
delante del punto de corte de una fase, cuyo estado de carga
suministra justo la energía de frenado necesaria para la moderación
de la marcha.
A partir del documento DE 44 19 351 A1, para el
frenado de un motor síncrono accionado por la red de tensión
continua, que gira en sentido inverso, se conoce una tensión
inducida, durante el giro de inversión del rotor, en las fases del
devanado del estator, a comparar con un valor umbral y entonces, en
función de esta comparación, iniciar una corriente definida en las
fases del devanado a través de medios de conexión que se excitan
con un dispositivo de conmutación. De esta manera, debe poder
moderarse la marcha del rotor a partir de cualquier giro inverso y
especialmente a partir de cualquier número de revoluciones,
exactamente hasta una posición determinada del rotor para, acto
seguido, arrancar una velocidad de régimen en el sentido
correcto.
Para aclaración de la problemática en el estado
de la técnica, en la figura 1 se ha mostrado a modo de ejemplo el
esquema de principio de un motor síncrono convencional de tres
fases, de seis impulsos con excitación mediante imán permanente,
como el que sirve de base también a la presente invención. Las tres
fases 2, 3 y 4 del devanado del estator se alimentan, de la manera
conocida, a través de los seis elementos 8-10 de
conexión del puente 7-11 de potencia con la tensión
indirecta U_{ZK} alimentada, por ejemplo, por un convertidor
indirecto no mostrado. Los elementos 8-10 de
conexión se excitan mediante un control del motor o un dispositivo
de conmutación no mostrados. Si el motor síncrono mostrado se
acciona en la zona de debilitamiento de campo, entonces puede
conseguirse, gracias a las comentes reactivas de debilitamiento de
campo, en algunas aplicaciones, hasta el triple del número de
revoluciones del número de revoluciones límite natural
prefijadas.
En estados críticos como, por ejemplo, con una
tensión U_{ZK} indirecta demasiado alta o demasiado baja o en
caso de fallo de la electrónica de control, todos los elementos
8-10 de conexión retornan normalmente a su estado
inicial abierto. En este estado de conexión puede cargarse el
condensador 7 indirecto de los puentes 7-11 de
potencia a través de los diodos 11 de marcha libre conectados en
paralelo con los elementos 8-10 de conexión. Si el
motor síncrono funciona en la zona orientada al campo, entonces el
convertidor carga al condensador 7 indirecto, como máximo a la
tensión U_{ZK}; en el funcionamiento en la zona de debilitamiento
de campo el condensador 7 indirecto, para el número máximo de
revoluciones, según el aumento paralelo del número de revoluciones
provocado por el funcionamiento de debilitamiento de campo, puede
cargarse hasta el triple de la tensión indirecta. Por esta causa,
en controles de motor síncrono convencionales, el puente
7-11 mostrado en la figura 1 y especialmente el
condensador 7 indirecto tienen que estar dimensionados para
tensiones muy grandes lo que provoca costes de fabricación más
altos.
Actualmente por el documento EP 0 742 637 A1 se
conoce un dispositivo para frenar de manera segura un accionamiento
eléctrico, en el que para provocar con accionamientos eléctricos un
frenado de emergencia en el caso de fallo, se crea en el control una
posibilidad para producir un cortocircuito de armadura integrado.
Para esto se bloquea un puente ondulador en una técnica segura,
mientras que el otro puente ondulador provoca mediante un control
por fases un cortocircuito de las fases del accionamiento
eléctrico. La disposición de circuito descrita en el documento EP 0
742 637 A1 se activa también después de un fallo del procesador de
señales central del control dado, que es apta para el
funcionamiento y reacciona de manera autónoma e independiente de
otros medios de conexión para el control del accionamiento
eléctrico. Sin embargo, esta disposición de circuito presenta la
desventaja de que en un fallo de toda la pieza de regulación existe
la posibilidad de que la pieza de potencia se cortocircuite.
Partiendo del estado de la técnica citado antes,
el objetivo de la invención es prever con medios sencillos un
control para un motor síncrono, en el que también en el caso de un
fallo total de la pieza de regulación se impida de manera segura un
cortocircuito de la pieza de potencia. Este objetivo se soluciona
mediante las características de dispositivo de la reivindicación
1.
Gracias al cortocircuito de los bornes del motor
mediante el puente de potencia para moderar la marcha del motor y/o
en estados críticos, se puede evitar efectivamente, por medio de un
circuito de protección, que el condensador indirecto del puente de
potencia se cargue con las tensiones inducidas por el giro del
rotor en las fases del devanado del estator. Además, debido a estas
tensiones inducidas, por las fases del devanado del estator y a
través de los medios de conexión, pasa sólo una corriente que se
limita con la impedancia del motor. En dimensionados habituales del
motor, esta corriente permanece en el marco del dimensionado
nominal del sistema de accionamiento, de manera que los elementos
del puente de potencia y especialmente el condensador indirecto se
pueden dimensionar de manera económica.
Según la invención, el control del motor esté
conectado posteriormente a un circuito por defecto que, en el caso
de señales de salida de alta resistencia, es decir, especialmente en
el caso de un fallo del control del motor, los bornes del motor se
cortocircuitan automáticamente.
Otras configuraciones y perfeccionamientos de la
presente invención son objeto de otras reivindicaciones
dependientes.
La invención se aclarará en detalle a
continuación mediante un ejemplo de realización preferido teniendo
en cuenta el dibujo anexo. En él se muestran:
La figura 1, el esquema equivalente de un motor
síncrono; y
La figura 2, el esquema de principio de un
control del motor síncrono de la figura 1.
En la figura 1 se muestra el esquema equivalente
de un motor síncrono conmutado electrónicamente. El motor síncrono
presenta, en su estator no mostrado, tres fases 2, 3 y 4 del
devanado conectadas en estrella que, por un lado, están unidas en un
punto 5 neutro y, por otro lado, en cada caso, a un borne u, v, w
de conexión del motor. El motor síncrono posee además un rotor, no
mostrado, que lleva un imán permanente. En el ejemplo de realización
mostrado en la figura 1 se trata de un motor síncrono con tres
fases del devanado, de seis impulsos con excitación permanente. En
este punto hay que llamar la atención expresamente sobre que la
presente invención es aplicable básicamente a toda clase de motores
síncronos polifásicos y que los circuitos representados en las
figuras 1 y 2 sólo muestran un ejemplo de realización preferido.
Además, los bornes u, v y w de conexión están
conectados, en cada caso, con la toma central situada entre dos
medios de conexión del puente de potencia siendo, en el ejemplo de
realización, transistores 8a y 8b o bien 9a y 9b o bien 10a y 10b
de potencia. Las conexiones de control de los transistores
8-10 de potencia están, como se muestra en la figura
2, unidas eléctricamente con las salidas 13-15 de
un control 12 del motor, estando excitadas preferiblemente las
conexiones de control de los medios 8-10 de
conexión mediante actuadores 18 de puerta MOS. Los actuadores 18 de
puerta MOS sirven aquí esencialmente para la adaptación de nivel
del nivel de tensión de las salidas 13-15 del
control 12 del motor a las conexiones de control de los transistores
8-10 de potencia.
En paralelo con las conexiones de una fuente de
corriente constante o de un convertidor intermedio, hay conectado
un condensador 7 indirecto que sirve como condensador de
aplanamiento para la tensión indirecta U_{ZK}. Además hay
conectado a los medios 8-10 de conexión, en cada
caso, un diodo de marcha libre con el sentido de paso en sentido
contrario.
En el control 12 del motor hay integrado un
circuito 17 de protección mostrado esquemáticamente en la figura 2,
que sirve para moderar la marcha del motor y en estados críticos
cortocircuita los bornes u, v y w del motor, cerrándose los tres
medios 8a, 9a y loa de conexión "superiores" o los tres medios
8b, 9b y 10b de conexión "inferiores". En la terminología de la
"modulación de vectores en el espacio" se instala uno de los
dos vectores cero [000] ó [111]. Estados críticos pueden ser, por
ejemplo, una tensión U_{ZK} indirecta demasiado alta o demasiado
baja o una sobrecorriente I_{LB} en el circuito del puente
7-11 de potencia. Para detectar tales estados
críticos se supervisa tanto la tensión U_{ZK} indirecta como
también la corriente I_{LB} que pasa por el puente
7-11 de potencia, y las señales de medida
U_{ZK.real} Y I_{LB.real} calculadas alimentan el control 12 del
motor. En caso crítico, la tensión indirecta crece en general
despacio, de manera que el control 12 del motor puede reaccionar a
tiempo.
En este modo de frenado pasa una corriente,
debido a las tensiones inducidas en las fases 2-4
del devanado por el giro del rotor, que queda limitada por la
impedancia del motor. En dimensionados corrientes del motor, esta
corriente permanece dentro del marco del dimensionado nominal del
sistema de accionamiento. La potencia calorífica convertida en las
resistencias óhmicas del motor determina aquí la potencia de
frenado del motor en este proceso de frenado.
Adicionalmente es ventajoso conectar
posteriormente al control 12 del motor un denominado circuito 16
por defecto, que siempre está efectivo cuando fallan el control 12
del motor y, con ello, también el circuito 17 de protección, y las
salidas 13-15 del control 12 del motor se convierten
en salidas de alta resistencia. Un fallo del control 12 del motor
puede estar provocado, por ejemplo, por interferencias
electromagnéticas o por sobrecorrientes I_{LB} calculadas
equivocadas. En un caso así, el circuito 16 por defecto se encarga
de que los actuadores 18 de puerta MOS exciten los medios
8-10 de conexión, en el modo de frenado descrito
anteriormente, es decir, cortocircuiten los bornes u, v y w del
motor.
En la figura 2 se ha mostrado detalladamente a
modo de ejemplo, la excitación de los medios 8a y 8b de conexión;
la excitación de los restantes medios 9a, 9b y 10a, 10b se realiza
de manera análoga. El circuito 16 por defecto conectado
posteriormente al control 12 del motor consiste, en el caso más
sencillo mostrado en la figura 2, en una alimentación de tensión con
las conexiones 20 y 21. Aquí la excitación del medio 8a de conexión
superior está puesta a potencial positivo, por ejemplo, + 5 V y la
excitación del medio 8b de conexión inferior a potencial de tierra,
es decir, 0 V.
Gracias a este circuito 16 por defecto, en caso
de un fallo del control 12 del motor, es decir, cuando las salidas
13a y 13b se convierten en salidas de alta resistencia, el medio 8a
de conexión superior permanece cerrado, a través del actuador 18 de
puerta MOS, debido al potencial 20, mientras el medio 8b de
conexión inferior sigue permaneciendo abierto. De manera análoga, si
hay un fallo del control 12, se cierran los medios de conexión 9a y
10a superiores, mientras que los correspondientes medios 9b y 10b
de conexión inferiores permanecen en estado inicial abiertos. De la
misma manera también es posible, por supuesto, cambiar las dos
conexiones 20 y 21 del circuito 16 por defecto y, de esta manera,
cerrar los medios 8b, 9b y 10b inferiores mientras los medios 8a, 9a
y 10a superiores 5 permanecen abiertos.
En el caso de un funcionamiento correcto del
control 12 del motor, es decir, si el control del motor no ha
fallado, los potenciales aplicados por el circuito 16 por defecto se
anulan con las señales 13-15 de salida del control
12 del motor o bien con el circuito 17 de protección integrado en el
control 12 del motor.
La alimentación de tensión de pequeñas señales
para el control 12 del motor o, al menos, para los actuadores 18 de
la puerta MOS y para el circuito 16 por defecto, se deriva aquí
preferiblemente de la tensión U_{ZK} indirecta, con lo que se
puede prescindir de fuentes de alimentación de tensión
adicionales.
| 2 | Fase del devanado |
| 3 | Fase del devanado |
| 4 | Fase del devanado |
| 5 | Punto neutro |
| 7 | Condensador indirecto |
| 8a, 8b | Medio de conexión |
| 9a, 9b | Medio de conexión |
| 10a, 10b | Medio de conexión |
| 11 | Diodos de marcha libre |
| 12 | Control del motor |
| 13a, 13b | Salidas del control del motor |
| 14a, 14b | Salidas del control del motor |
| 15a, 15b | Salidas del control del motor |
| 16 | Circuito por defecto |
| 17 | Circuito de protección |
| 18 | Actuador de puerta MOS |
| 20 | Conexión de la alimentación de tensión por defecto |
| 21 | Conexión de la alimentación de tensión por defecto |
| u, v, w | Bornes del motor |
Claims (3)
1. Dispositivo para accionar un motor síncrono
equipado con un rotor de imán permanente mediante un circuito
puente conmutado electrónicamente, que en funcionamiento de frenado
es conmutable mediante un cortocircuito entre al menos alguna de
las fases del devanado del motor, en el que está previsto un
circuito (17) de protección que provoca una conmutación de un
control del motor a cortocircuito, inmediatamente después de y
durante la aparición de estados críticos de funcionamiento,
especialmente como consecuencia de fallos momentáneos u otros
comportamientos erróneos del control del motor,
caracterizado porque el circuito puente puede controlarse
desde el control del motor en funcionamiento en el debilitamiento
de campo y porque al control (12) del motor sigue un circuito (16)
por defecto que, en señales (13, 14, 15) de salida de alta
resistencia del control (12) del motor, cortocircuita los bornes de
las fases (u, v, w) del devanado del motor.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque está derivada una alimentación de
tensión, al menos para el circuito (16) por defecto, de la tensión
(U_{ZK}) que alimenta las fases (2, 3, 4) del devanado del
motor.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque está previsto un actuador (18) de
puerta MOS, en cada caso, para un cortocircuito a través de los
medios (8, 9, 10) de conexión del puente de potencia.
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