ES2200910T3 - Procedimiento de control electronico de una accionamiento. - Google Patents

Abstract

Disposición de circuito para controlar electrónicamente una bobina de accionamiento de un contactor en funcionamiento de retención con una modulación de anchura de impulsos, en donde se varía temporalmente el tiempo del intervalo para la modulación de anchura de impulsos o se varía continuamente la relación de anchura de impulsos, caracterizada porque, para generar una señal de anchura de impulsos (Ue''''''), están presentes un oscilador (4) para generar una tensión alterna y un mezclador (3), y porque el mezclador (3) superpone la señal de salida periódica del oscilador (4) a la magnitud de entrada (Ue'''') asociada a la tensión de entrada (Ue).

Description

Procedimiento de control electrónico de un accionamiento.

La invención concierne a un procedimiento de control electrónico de un accionamiento según el preámbulo de la reivindicación 1.

Se conoce por EP 0 789 378 A1 un controlador electrónico para un accionamiento magnético con modulación de anchura de impulsos de la corriente de la armadura.

En las señales moduladas en anchura de impulsos existe el problema de que el tiempo de activación T_{CON} no se puede graduar con precisión a voluntad. En funcionamiento de retención es necesario únicamente 1/7 a 1/12 de la corriente de atracción, lo que hace necesarios impulsos estrechos. A las más altas tensiones a esperar el tiempo T_{CON} tiene que ser aún considerablemente más corto, por ejemplo 400 ns. Dado que solamente se puede materializar una graduación en pasos finitos de, por ejemplo, 100 ns, la relación de los pasos que pueden materializarse a la duración de impulso necesarias relativamente alta. Un acortamiento del tiempo T_{CON} más breve mencionado requiere un gasto que apenas puede aún tolerarse y trae consigo problemas de EMV (compatibilidad electromagnética). Esto corresponde en este ejemplo ya a una relación de anchura de paso de 25% y una potencia de retención de 50%. Por tanto, a altas tensiones no es posible una minimización de la potencia de retención sin restringir reservas de ajuste. Este problema se presenta especialmente en el caso de una tensión
continua.

El cometido de la invención consiste en crear un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1 con el que se consiga de manera sencilla, incluso a altas tensiones, una minimización de la potencia de retención, sin que se presenten problemas de EMV y sin que se restrinja la seguridad del funcionamiento.

El problema de la invención se resuelve con las particularidades caracterizantes de las reivindicaciones independientes, mientras que en las reivindicaciones subordinadas se caracterizan perfeccionamientos especialmente ventajosos de la invención.

Mediante la invención no solamente se mantiene constante y se reduce de manera sencilla la potencia de retención, incluso a altas tensiones, sino que también se mejora la EMV.

Haciendo referencia al dibujo, en el que se representa un ejemplo de ejecución, se describirán y explicarán con más detalle la invención, otras ejecuciones y mejoras de la misma y otras ventajas.

Muestran:

la Figura 1, una representación de un controlador de campo característico,

la Figura 2, una representación diagramática en la que se muestra la variación de la duración del intervalo, y

la Figura 3, un diagrama de impulsos.

La Figura 1 muestra el circuito de control, constituido por un divisor de tensión 1, un circuito 2 de compensación de temperatura, un mezclador 3, un oscilador 4, un convertidor A/D 5, una memoria de datos no volátil 6 y un modulador de anchura de impulsos 7 para activar un interruptor de semiconductor que está conectado en serie con la bobina de accionamiento.

Con ayuda del mezclador 3 se superpone una tensión alterna a la tensión de entrada U_{e}.

La Figura 2 muestra la variación de la duración del intervalo en función del tiempo. La duración del período de la curva es de 1/f_{osc}, en donde f_{osc} es una frecuencia de oscilación perturbadora.

La frecuencia de la tensión alterna es sensiblemente menor que la frecuencia de impulsos, preferiblemente 2,5 kHz en funcionamiento con corriente alterna y 8,4 kHz en funcionamiento con corriente continua.

La tensión alterna es una tensión alterna de forma triangular o sinusoidal.

Debido a la superposición de la tensión alterna, la tensión fluctúa continuamente entre dos valores limite. Se obtienen así constantemente nuevos tiempos de activación T_{CON} actuales. Se distribuyen así las desviaciones positivas y negativas de la señal de salida PWM (modulada en anchura de impulsos) con respecto al tiempo T_{CON} ideal y con ello se anulan estas desviaciones.

En lugar de una solución de hardware, es posible una solución de software, en donde se varía continuamente la frecuencia de cadencia de la señal PWM incrementando y decrementando la especificación del intervalo del tiempo de la señal PWM a lo largo de una rampa triangular, tal como se representa en la
Figura 3.

A consecuencia del coste de cálculo necesario, la determinación PWM se realiza por medio de un controlador de campo característico. En este controlador se calculan ya en el antecampo los valores PWM teniendo en cuenta todos los factores de corrección constantes determinables y se almacenan como tabla de corrección fija en la memoria de datos 6 de un microcontrolador. El valor de salida de un convertidor A/D 5 con el que se mide la tensión de entrada sirve aquí como puntero de dirección, de modo que en la célula de memoria de datos así direccionada se puede leer directamente el tiempo de activación T_{CON} o de desactivación T_{DES} correspondiente.

A consecuencia de producciones de ruido del circuito magnético por efecto de los impulsos de la bobina de accionamiento, y en contraposición al control de atracción, en el que esta producción de ruido de corta duración se cubre completamente con el proceso de movimiento de todo el accionamiento, es necesario fijar la frecuencia PWM para el funcionamiento de retención a una frecuencia que esté por fuera del campo de audición humano. En el presente caso, la señal PWM para el funcionamiento de retención se ha fijado en 20 kHz. Debido a la reducción de la corriente en el funcionamiento de retención a aproximadamente 1/12 de la corriente de atracción, el campo de tensión de aproximadamente 1/4,5 (U_{ret(max)}/U_{ret(min)} = 300 V/66 V), la relación de cresta de \surd2/1 para el funcionamiento con tensión alterna y la reserva de ajuste necesaria de aproximadamente 40% para compensar las caídas de tensión en los semiconductores y para equilibrar el calentamiento de la bobina, se obtiene así el tiempo de activación T_{CON} más breve necesario con aproximadamente 0,4 \mus.

Para mantener lo más pequeña posible la corriente de retención, y con ella la pérdida de potencia en la bobina de accionamiento, es necesario, debido al extenso campo de tensión, no sólo minimizar la corriente de retención, sino mantenerla constante en un valor lo más pequeño posible a lo largo de todo el campo de tensión.

En microcontroladores la relación de cadencia del modulador PWM no es arbitraria, sino que más bien se puede ajustar solamente como un múltiplo entero de la frecuencia de cadencia o de una magnitud derivada de ella. En el presente caso, el controlador se hace funcionar con un oscilador de 10 MHz. La frecuencia del oscilador se reduce internamente una vez más por medio de un divisor 10/1 a una frecuencia de cadencia de 1 MHz, de modo que se puede ajustar como tiempo de activación T_{CON} más corto un mínimo de 1 \mus.

Por tanto, el tiempo de activación T_{CON} más corto que puede suministrar el microcontrolador es más largo que el tiempo mínimo requerido para la señal PWM, de modo que para el funcionamiento de retención es necesaria una etapa formadora de impulsos adicional entre la salida PWM del microcontrolador y el interruptor de semiconductor, con la que puede acortarse de manera correspondiente el tiempo T_{CON} del microcontrolador. Además, esta etapa formadora de impulsos, no mostrada con más detalle, es necesaria para que se pueda obtener una resolución más precisa del tiempo T_{CON} a fin de minimizar la anchura del paso de la corriente de retención y, por tanto, de la potencia de retención (P_{ret} \sim I_{ret}^{2}).

Mediante la etapa formadora de impulsos se puede variar la anchura de impulsos de 100 ns a 1 \mus.

Debido a la oscilación perturbadora y con ayuda de este procedimiento se mantiene constante la corriente de retención incluso a altas tensiones.

Debido a la oscilación perturbadora se consigue una resolución mucho más alta que con una variación pura de la anchura de impulsos.

Mediante una selección adecuada de la frecuencia de oscilación perturbadora se puede distribuir uniformemente el espectro de perturbación ocasionado al conectar el transistor excitador, con lo que se pueden reducir los máximos de perturbación. Se reducen así la tensión antiparasitaria y la radiación electromagnética.

Lista de símbolos de referencia

Divisor de tensión 1

Circuito de compensación de temperatura 2

Mezclador 3

Oscilador 4

Convertidor A/D 5

Memoria de datos 6

Modulador de anchura de impulsos 7

Parte de control 8

Claims (6)

1. Disposición de circuito para controlar electrónicamente una bobina de accionamiento de un contactor en funcionamiento de retención con una modulación de anchura de impulsos, en donde se varía temporalmente el tiempo del intervalo para la modulación de anchura de impulsos o se varía continuamente la relación de anchura de impulsos, caracterizada porque, para generar una señal de anchura de impulsos (U_{e}'''), están presentes un oscilador (4) para generar una tensión alterna y un mezclador (3), y porque el mezclador (3) superpone la señal de salida periódica del oscilador (4) a la magnitud de entrada (U_{e}'') asociada a la tensión de entrada (U_{e}).

2. Disposición de circuito según la reivindicación 1, caracterizada porque la disposición de circuito presenta una parte de control (8) que comprende un modulador de anchura de impulsos (7), con una señal de anchura de impulsos como magnitud de salida y con una magnitud de entrada (U_{e}''), asociada a la tensión de entrada (U_{e}), como señal de entrada.

3. Disposición de circuito según la reivindicación 2, caracterizada porque la parte de control (8) es un controlador de campo característico que comprende un convertidor A/D (5) y una memoria de datos no volátil (6), en donde el valor de salida del convertidor A/D (5) está previsto como puntero de dirección de la memoria de datos (6) en la que están almacenados factores de corrección de los valores PWM como una tabla de corrección fija.

4. Disposición de circuito según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el oscilador (4) genera una tensión alterna cuya frecuencia es sensiblemente menor que la frecuencia de anchura de impulsos.

5. Disposición de circuito según la reivindicación 4, caracterizada porque la frecuencia de la tensión alterna generada en funcionamiento con corriente alterna es de 1 a 5 kHz.

6. Disposición de circuito según la reivindicación 4, caracterizada porque la frecuencia de la tensión alterna generada en funcionamiento con corriente continua es de 5 a 15 kHz.