ES2214180T3 - Inversor de modulacion de anchura de impulso. - Google Patents
Inversor de modulacion de anchura de impulso.Info
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Abstract
Un inversor para generar una forma de onda de modulación de anchura de impulso (PWM) comparando una onda sinusoidal y una onda triangular para activar un motor eléctrico, incluyendo el inversor medios para generar una onda triangular; caracterizado porque: los medios generadores de onda triangular comprenden un dispositivo de ajuste (6) para ajustar una frecuencia portadora fundamental (FC_SET) (Hz) de modo que un sonido electromagnético producido por el motor esté en una banda de audiofrecuencia; una tabla (7; 7A) de datos de factores que incluye una pluralidad de datos sobre factores; y un circuito (8, 8A) selector de factor para seleccionar un factor de dicha tabla (7; 7A) de datos de factores, periódicamente y a intervalos de tiempo (Tc) (segundos) predeterminados, según las condiciones de funcionamiento del inversor y del motor; en el que dicho factor es seleccionado de modo que el sonido electromagnético producido por el motor esté en la banda de audiofrecuencia, y en el que dicho factor y dicha frecuencia portadora fundamental (FC_SET) (Hz) se multiplican entre sí para obtener una frecuencia portadora (1, 2, 3, 1, 2a, 2b, 3) que es de la onda triangular.
Description
Inversor de modulación de anchura de impulso.
La presente invención se refiere generalmente a
un inversor de modulación de anchura de impulso (PWM = Pulse Width
Modulation) para generar una forma de onda de PWM comparando una
onda sinusoidal y una onda triangular para activar un motor
eléctrico y, más particularmente, a medios para generar una onda
triangular o una portadora, que permitan una mejora de la calidad de
un sonido electromagnético producido por el motor.
La Figura 3 muestra una estructura fundamental de
un inversor de PWM. El inversor comprende un circuito principal 1 de
tipo de voltaje, que incluye una fuente de alimentación de corriente
continua (c.c.) con un rectificador REC y un condensador C de
filtro, y unas ramas de puente con conmutadores
SU-SZ de semiconductores, que usan transistores de
potencia, y diodos D1-D6. El circuito principal 1
proporciona al motor una energía de corriente alterna (c.a.) con una
frecuencia y un voltaje controlados por control de encendido de fase
de las ramas del puente.
Un circuito de control para el circuito principal
1 comprende un circuito 2 de generación de órdenes de voltaje
trifásico, un circuito comparador 3, un circuito 4 generador de onda
triangular, y un circuito 5 generador de tiempo muerto. El circuito
2 de generación de órdenes de voltaje trifásico recibe señales
detectadas del motor, tales como una señal de velocidad detectada,
para obtener una señal de voltaje trifásico en forma de una onda
sinusoidal con la fase y la amplitud controladas. El circuito
comparador 3 compara las amplitudes entre la señal de voltaje
trifásico y una onda triangular o señal portadora fuera del circuito
4 generador de onda triangular, para generar una señal de forma de
onda de PWM. El circuito 5 generador de tiempo muerto proporciona un
tiempo muerto a la señal de forma de onda de PWM, obteniendo señales
de puertas de los conmutadores SU-SZ del circuito
principal 1.
El motor accionado por el inversor produce un
sonido electromagnético que tiene una onda triangular o frecuencia
portadora como componente principal. Un sonido electromagnético con
un tono único y elevado, particularmente en la banda de frecuencias
de alrededor de 2 a 4 kHz, es a menudo molesto para los
operadores.
Para que un sonido electromagnético sea menos
audible, algunos inversores de PWM convencionales tienen una
frecuencia portadora aumentada al máximo proporcionando una
capacidad de salida suficiente y/o adoptando elementos de
conmutación de alta velocidad.
Sin embargo, tales medios para controlar un
sonido electromagnético aumentando la frecuencia portadora incurren
en un aumento no solo de los costes de fabricación de los
inversores, sino también de los ruidos de interferencias
electromagnéticas (EMI = ElectroMagnetic Interference) tales como
corrientes de fuga y campos radiantes.
El documento JP 05 344740 A describe un inversor
para generar una forma de onda con modulación de anchura de impulso.
El inversor incluye un dispositivo de ajuste para ajustar la
frecuencia portadora producida por el motor en una banda de
audiofrecuencia audible. Sin embargo, este documento no contiene
ninguna información acerca de la generación de la frecuencia
portadora con modulación de anchura de impulso.
El documento JP 01 194871 A describe un
dispositivo inversor del tipo de modulación de anchura de impulso
que tiene un generador de voltaje de referencia de forma de onda
sinusoidal, un oscilador de portadora para una onda triangular, un
circuito de modulación de anchura de impulso, un circuito excitador
del inversor de potencia y un detector de corriente de carga. El
oscilador de portadora da salida a una señal de forma de onda
triangular para bajar la frecuencia portadora cuando aumenta la
corriente de carga. Por tanto, cuando la carga es ligera, se puede
reducir el ruido del motor, mientras que cuando la carga es pesada,
se pueden reducir las pérdidas en un elemento controlable.
El documento JP 04 200294 A describe un circuito
inversor que está controlado a través de un control de modulación de
anchura de impulso basado en una frecuencia portadora y una
frecuencia de funcionamiento para accionar un motor. Por ello, la
frecuencia portadora está controlada de modo que el sonido del motor
no se oiga como un sonido.
Así pues, un objeto de la presente invención es
proporcionar un inversor de PWM que pueda hacer que un sonido
producido por un motor eléctrico sea inofensivo para los operadores
sin ningún aumento del coste de fabricación.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un inversor de PWM que permita el uso efectivo de un
sonido electromagnético producido por el motor.
Un aspecto de la presente invención estriba en
proporcionar un inversor para generar una forma de onda de
modulación de anchura de impulso (PWM), según la reivindicación
1.
Las ventajas ofrecidas por la presente invención
son, principalmente, que un sonido electromagnético producido por el
motor accionado por el inversor de PWM se puede cambiar a un sonido
con un tomo inofensivo en la banda de audiofrecuencia. Por lo tanto,
es innecesario un aumento de la frecuencia portadora que incurra en
un aumento, no sólo de los costes de fabricación de los inversores,
sino también de los ruidos de interferencias electromagnéticas.
Además, el uso de dicho sonido electromagnético
como medio para avisar a los operadores de condiciones de
funcionamiento del inversor y del motor hace que sean innecesarios
dispositivos de aviso específicos, tales como un zumbador y un
altavoz.
La Figura 1 es un esquema de un circuito que
muestra una primera realización de un inversor de PWM;
la Figura 2 es una vista similar a la Figura 1,
que muestra una segunda realización de un inversor de PWM que está
de acuerdo con la presente invención; y
la Figura 3 es una vista similar a la Figura 2,
que muestra una estructura fundamental de un inversor de PWM.
Ahora se describirá un inversor de PWM con
referencia a los dibujos.
La Figura 1 muestra una primera realización de un
inversor de PWM, cuya estructura es sustancialmente la misma que la
mostrada en la Figura 3 excepto que incluye medios para conmutar
ondas triangulares o frecuencias portadoras derivadas del circuito 4
generador de onda triangular de acuerdo con condiciones de control.
Los medios de conmutación comprenden un dispositivo 6 de ajuste de
frecuencia portadora fundamental, una tabla 7 de datos de factores,
un circuito 8 selector de factor, y un multiplicador 9.
El dispositivo 6 de ajuste de frecuencia
portadora fundamental tiene una frecuencia portadora fundamental
ajustada como un valor fijo para establecer un valor de referencia
de las frecuencias portadoras generadas por el circuito 4 generador
de onda triangular. La frecuencia portadora fundamental está
determinada para que sea relativamente baja, por lo que los
conmutadores de semiconductores SU-SZ del circuito
principal 1 no necesitan ser elementos de alta frecuencia, y por lo
que un sonido electromagnético producido por el motor eléctrico está
en la banda de audiofrecuencia.
La tabla 7 de datos de factores tiene una
pluralidad de datos de factores usados cuando se obtiene el producto
de la frecuencia portadora fundamental ajustada por el dispositivo 6
de ajuste de frecuencia portadora fundamental, y un factor; en el
que se supone que la frecuencia portadora fundamental es 1.
El circuito 8 selector de factor sirve para
seleccionar un dato de factor de la tabla 7 de datos de factores,
que es suministrado al multiplicador 9 como una señal
multiplicadora. El circuito 8 selector de factor recibe una señal de
selección de factor o una señal de control correspondiente a
condiciones de funcionamiento del motor y del inversor, tal como una
condición de carga del motor (normal/sobrecarga) y una condición de
la aleta de refrigeración del inversor
(normal/sobrecalentamiento).
El multiplicador 9 sirve para multiplicar la
frecuencia portadora fundamental ajustada por el dispositivo 6 de
ajuste de frecuencia portadora fundamental, por un factor
seleccionado por el circuito 8 selector de factor, que es
suministrado al circuito 4 generador de onda triangular como una
señal de control de frecuencia portadora.
Con la estructura descrita anteriormente, la onda
triangular o las frecuencias portadoras son conmutadas de acuerdo
con factores seleccionados por el circuito 8 selector de factor.
Cambiando esta conmutación de las frecuencias portadoras a
intervalos de tiempo apropiados de acuerdo con una condición de
carga de motor y una condición de aleta de refrigeración del
inversor, se cambia un tono de un sonido electromagnético, que tiene
una onda triangular o frecuencia portadora como componente
principal.
Debe entenderse que la primera realización no
hace que un sonido electromagnético sea menos audible incrementando
la frecuencia portadora, sino que usa el sonido como medio para
avisar a los operadores de condiciones de funcionamiento del motor y
del inversor. A modo de ejemplo, cuando se les avisa de anomalías
del inversor, tales como una sobrecarga y un sobrecalentamiento de
la aleta de refrigeración, se controla un tono de un sonido
electromagnético para que sea molesto, o deprimente y triste para
los operadores. Durante el funcionamiento normal, se controla para
que sea inofensivo y alegre para ellos.
A continuación se describirá detalladamente un
método para controlar un tono de un sonido electromagnético.
a) Caso 1, cuando se avisa de una anomalía
(cambio a un tono molesto).
La frecuencia portadora se determina para
producir un sonido electromagnético con un tono único y elevado en
la banda de frecuencias de alrededor de 2 a 4 kHz, que es, a menudo,
molesto para los operadores. Este sonido electromagnético con un
tono único y elevado es similar al producido en conexión con el
circuito de control ordinario. En la primera realización, se obtiene
seleccionando un factor 1 en el circuito 8 selector de factor
solamente cuando se avisa de una anomalía.
b) Caso 2, cuando se avisa de una anomalía
(cambio a un tono deprimente y triste).
Usando la frecuencia portadora fundamental como
una nota de base o raíz, el circuito 8 selector de factor conmuta
frecuencias portadoras 1, 2, 3 de tres notas, tales como do, mi
bemol y sol, que forman un acorde menor que da una impresión
deprimente y triste, de una manera periódica de frecuencia 1
\rightarrow frecuencia 2 \rightarrow frecuencia 3 \rightarrow
frecuencia 1...
Las frecuencias portadoras 1, 2, 3 tienen valores
obtenidos multiplicando la frecuencia portadora fundamental FC_SET
(Hz) por factores como los dados en la Tabla 1. La impresión de un
sonido de aviso varía según un intervalo de conmutación de las
frecuencias portadoras 1, 2, 3, de modo que, para obtener un acorde
menor realzado, este intervalo de conmutación debe tener un valor Tc
(segundos) que permita una audición clara de las tres notas, por
ejemplo, alrededor de 17 ms con alrededor de 60 notas (20 periodos)
por segundo.
| Frecuencia 1 | Frencuencia 2 | Frecuencia 3 | |
| Factores | 2^{(0/12)}=1,0000 | 2^{(3/12)}=1,1892 | 2^{(7/12)}=1,4983 |
c) Caso 1, durante funcionamiento normal (cambio
a un tono brillante y alegre).
Usando la frecuencia portadora fundamental como
una nota de base o raíz, el circuito 8 selector de factor conmuta
frecuencias portadoras 1, 2, 3 de tres notas, tales como do, mi y
sol, que forman un acorde mayor que da una impresión brillante y
alegre, de una manera periódica de frecuencia 1 \rightarrow
frecuencia 2 \rightarrow frecuencia 3 \rightarrow frecuencia
1...
Las frecuencias portadoras 1, 2, 3 tienen valores
obtenidos multiplicando la frecuencia portadora fundamental FC_SET
(Hz) por factores como los dados en la Tabla 2. La impresión de un
sonido electromagnético varía según un intervalo de conmutación de
las frecuencias portadoras 1, 2, 3, de modo que, para obtener un
acorde mayor realzado, este intervalo de conmutación debe tener un
valor Tc (segundos) que permita una audición clara de las tres
notas, por ejemplo, alrededor de 17 ms con alrededor de 60 notas (20
periodos) por segundo.
| Frecuencia 1 | Frencuencia 2 | Frecuencia 3 | |
| Factores | 2^{(0/12)}=1,0000 | 2^{(4/12)}=1,2599 | 2^{(7/12)}=1,4983 |
d) Caso 2, durante funcionamiento normal (cambio
a un tono
inofensivo).
Cuando se reduce el intervalo de conmutación de
las frecuencias portadoras 1, 2, 3, por ejemplo, alrededor de 8 ms
con alrededor de 120 notas (40 periodos) por segundo, resulta
imposible distinguir entre un acorde mayor y un acorde menor, y el
tono de un sonido electromagnético se cambia a un tono inofensivo en
cada acorde.
Por tanto, excepto cuando se informa activamente
a los operadores de alguna situación, las frecuencias portadoras 1,
2, 3 son conmutadas cada periodo de tiempo relativamente corto de 2
a 10 ms, que corresponda a un múltiplo entero de un periodo de
control Ts (segundos) del inversor.
La Figura 2 muestra una segunda realización de un
inversor de PWM según la invención. En la primera realización, el
intervalo de conmutación Tc de las frecuencias portadoras 1, 2, 3 se
determina que sea largo para obtener notas claras y que sea corto
para obtener un tono inofensivo. Sin embargo, tiene un periodo dado
correspondiente a un múltiplo entero del periodo de control Ts
(segundos) del inversor, independientemente de la frecuencia de
salida Fo (Hz) del mismo.
En la primera realización, cuando la frecuencia
de salida Fo (Hz) del inversor se aproxima a una frecuencia Fn =
1/(3*Tc*n) (Hz) (siendo n = 6, 3, 1) que se determina de acuerdo con
el intervalo de conmutación Tc (segundos) de las frecuencias
portadoras 1, 2, 3, se produce un sonido de batido con frecuencia de
6 * | Fn – Fo | (Hz). Esto crea un comportamiento desfavorable
durante el funcionamiento normal y excepto cuando se informa
activamente a los operadores de alguna situación.
Obsérvese que, como se describió anteriormente,
cuando se determina que el intervalo de conmutación Tc (segundos) de
las frecuencias portadoras 1, 2, 3 sea corto durante el
funcionamiento normal, el tono del sonido electromagnético es
inofensivo en cualquier acorde. En vista de esto, la segunda
realización proporciona un tercer ajuste de frecuencias portadoras
1, 2a, 2b, 3 de cuatro notas conmutadas periódicamente, usando
factores como los dados en la Tabla 3, que son una combinación de
los factores dados en las Tablas 1 y 2, de modo que sean capaces de
cambiar la frecuencia pertinente para que se produzca un sonido de
batido de Fn = 1/(3*Tc*n) (Hz) a Fn' = 1(4*Tc*n) (Hz) (donde
n = 6, 3, 1). Este cambio se puede efectuar automáticamente de
acuerdo con la frecuencia de salida Fo (Hz) del inversor.
| Frecuencia 1 | Frencuencia 2 | Frecuencia 3 | Frecuencia 4 | |
| Factores | 2^{(0/12)}=1,0000 | 2^{(3/12)}=1,1892 | 2^{(4/12)}=1,2599 | 2^{(7/12)}=1,4983 |
Con referencia a la Figura 2, la estructura de la
segunda realización que permite el anterior cambio de frecuencia es
sustancialmente similar a la de la primera realización, excepto que,
además de la tabla 7 de datos de factores, incluye una tabla 7A de
datos de factores que tiene una pluralidad de datos sobre factores
dados en la Tabla 3, que son una combinación de los factores dados
en las Tablas 1 y 2. A la lectura de un factor de las tablas 7 y 7A
de datos de factores, un circuito 8A selector de factor selecciona
uno de, un modo de conmutar las tres notas y un modo de conmutar las
cuatro notas, para impedir que se produzca un sonido de batido
resultante de la relación entre la frecuencia de salida Fo (Hz) del
inversor y el intervalo de conmutación Tc (segundos) de las
frecuencias portadoras 1, 2, 3.
Claims (1)
1. Un inversor para generar una forma de onda de
modulación de anchura de impulso (PWM) comparando una onda
sinusoidal y una onda triangular para activar un motor eléctrico,
incluyendo el inversor medios para generar una onda triangular;
caracterizado porque:
los medios generadores de onda triangular
comprenden un dispositivo de ajuste (6) para ajustar una frecuencia
portadora fundamental (FC_SET) (Hz) de modo que un sonido
electromagnético producido por el motor esté en una banda de
audiofrecuencia; una tabla (7; 7A) de datos de factores que incluye
una pluralidad de datos sobre factores; y un circuito (8, 8A)
selector de factor para seleccionar un factor de dicha tabla (7; 7A)
de datos de factores, periódicamente y a intervalos de tiempo (Tc)
(segundos) predeterminados, según las condiciones de funcionamiento
del inversor y del motor; en el que dicho factor es seleccionado de
modo que el sonido electromagnético producido por el motor esté en
la banda de audiofrecuencia, y en el que dicho factor y dicha
frecuencia portadora fundamental (FC_SET) (Hz) se multiplican entre
sí para obtener una frecuencia portadora (1, 2, 3, 1, 2a, 2b, 3) que
es de la onda triangular;
porque, cuando se da un aviso de una anomalía del
inversor o del motor, los medios generadores de onda triangular
generan una frecuencia portadora que tiene un tono único y elevado o
frecuencias portadoras (1, 2, 3) de tres notas conmutadas
periódicamente y a primeros intervalos de tiempo (Tc) (segundos)
predeterminados, que permiten un reconocimiento de un acorde
menor;
porque, durante el funcionamiento normal del
inversor y del motor, los medios generadores de onda triangular
generan frecuencias portadoras (1, 2, 3) de tres notas conmutadas
periódicamente y a segundos intervalos de tiempo (Tc) (segundos)
predeterminados, que permiten un reconocimiento de un acorde mayor,
o conmutadas periódicamente y a terceros intervalos de tiempo (Tc)
(segundos) predeterminados, que impiden una distinción entre dicho
acorde menor y dicho acorde mayor; y
porque, cuando se generan dichas frecuencias
portadoras (1, 2, 3) conmutadas a dichos terceros intervalos de
tiempo (Tc) (segundos) predeterminados, que impiden dicha distinción
entre dicho acorde menor y dicho acorde mayor, los medios
generadores de onda triangular conmutan periódicamente frecuencias
portadoras (1, 2a, 2b, 3) de cuatro notas que forman dichos acordes
menor y mayor, y seleccionan uno de entre un modo para conmutar
dichas tres notas y un modo para conmutar dichas cuatro notas, de
acuerdo con una frecuencia de salida (Fo) (Hz) del inversor, para
impedir que se produzca un sonido de batido resultante de la
relación entre dicha frecuencia de salida (Fo) (Hz) del inversor y
dichos intervalos de tiempo (Tc) (segundos) predeterminados de
dichas frecuencias portadoras (1, 2, 3).
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