ES2233067T3 - Metodo para controlar un motor de corriente regulada. - Google Patents

Abstract

Método para controlar un motor síncrono de corriente alterna, de imanes permanentes, para accionar un ascensor, alimentado a partir de una fuente de corriente alterna de corriente controlada, por lo que el control de corriente se realiza utilizando técnicas analógicas mientras que el control de la velocidad y del par se consigue haciendo uso de un microcontrolador por aplicación de un control vectorial trifásico y utilizando coordenadas d y q del motor que pueden obtenerse a partir de datos de realimentación del ángulo del rotor que está sincronizado con las posiciones de los imanes permanentes del rotor, en cuyo método, se regula el par del motor por medio de una referencia de corriente, y en el que con el fin de compensar el efecto de los momentos de armónicos generados en el motor, la referencia de corriente es corregida añadiendo un componente de corrección que genera un momento igual y contrario que los momentos de armónicos, en el que la posición del rotor se mide mediante un perceptor de posición rápido y preciso y en el que, para limitar la aceleración, se genera un momento corrector basándose en una derivada con respecto al tiempo de los datos de posición del perceptor, cuyo momento corrector se combina con el par de arranque utilizado para controlar el motor.

Description

Método para controlar un motor de corriente regulada.

El presente invento se refiere a un método como se define en el preámbulo de la reivindicación 1.

El par de un motor de corriente alterna es generado por medio de un circuito de inducido, normalmente el estator, una tensión de alimentación y un circuito de excitación, normalmente el rotor. La tensión de alimentación es suministrada al arrollamiento de estator, que está dispuesto en ranuras de estator. La excitación es generada por medio de imanes permanentes o de un arrollamiento de excitación montado en el rotor. La estabilidad del par depende de lo mucho que se aproxime el campo generado en el entrehierro del motor a la forma sinusoidal. Una forma curva diferente de la sinusoidal origina variaciones del par a una frecuencia determinada por los componentes armónicos en él contenidos, dando lugar a vibración mecánica y a ruido.

Además de la tensión de alimentación, la forma del campo en el entrehierro depende, entre otras cosas, de la forma del campo generado por la excitación. Además, en motores con un pequeño número de ranuras por fase y polo, un problema notable lo constituye el denominado campo de armónico de ranura, generado por la corriente que circula en cada ranura. Por ejemplo, en un motor trifásico con una ranura por fase, una frecuencia de alimentación del motor seis veces mayor resulta problemática.

La solicitud de patente JPO 63154252 describe un controlador de un compresor de tipo blindado. La vibración del compresor es controlada compensando el efecto de los momentos de armónicos generados en el motor del compresor. Ello se consigue generando una señal de referencia de tensión o una señal de referencia de corriente de acuerdo con un patrón establecido por anticipado a partir de la información de un ángulo de rotación.

El documento US 5.229.677 describe un motor eléctrico con un rotor de imanes permanentes en el que se hace uso del control de corriente para eliminar las variaciones del par basadas en el diámetro del motor, cuyas variaciones de par son función de la posición del rotor.

El artículo "Reducción activa del ruido magnético y máquina asíncrona controlada por armónicos de la corriente de estator", de D. Belkhayat y otros, en los procedimientos de la 8ª Conferencia Internacional sobre máquinas eléctricas y accionamientos, del 1 de Septiembre de 1997, páginas 400 a 405, enseña a compensar los armónicos en las máquinas asíncronas añadiendo un componente de corrección con la misma magnitud, frecuencia y número de modos que un armónico natural, pero orientado en oposición de fase de forma que la onda resultante y el ruido magnético correspondiente desaparezcan.

La solicitud pública de patente WO 98/26643 presenta una solución en la que el momento resultante de la tensión de armónico es eliminado añadiendo a la tensión de alimentación del motor un armónico que compense el momento perturbador generado por el armónico de ranura. Según esta solución, la tensión de armónico añadida a la tensión de alimentación genera un momento que es igual a la ondulación del momento perturbador, pero de fase contraria. Sin embargo, en la práctica, en lo que concierne a la regulación del motor, la solución expuesta en la publicación resulta difícil de ejecutar y el aparato incluye gran número de componentes.

El objeto del presente invento es alcanzar una solución que permita lograr una regulación sencilla sin conversiones superfluas de tensión, al tiempo que permita reducir al mínimo los circuitos requeridos de medición y de control. Para conseguir esto, el método del invento se caracteriza por las particularidades que se presentan en la parte caracterizadora de la reivindicación 1. Las características de algunas realizaciones preferidas se presentan en las reivindicaciones subordinadas.

De acuerdo con el invento, los momentos de armónicos del motor se eliminan, de forma efectiva, añadiendo a la referencia de corriente una magnitud auxiliar que genere un momento de fase contraria a la del momento perturbador del motor.

De acuerdo con una realización del invento, la saturación del regulador de corriente es compensada alimentando el tercer armónico de la corriente al regulador de corriente.

Para cada ascensor, se determinan, por ejemplo experimentalmente, las amplitudes y los desfases requeridos.

En lo que sigue se describirá el invento con ayuda de un ejemplo de realización, con referencia al dibujo adjunto, en el que

- la Fig. 1 presenta un diagrama de un control de motor de acuerdo con el invento,

- la Fig. 2 ilustra la generación de una referencia de corriente, y

- la Fig. 3 presenta un circuito para la compensación de la saturación del regulador de corriente.

La Fig. 1 representa una realización para incorporar en la práctica un control de motor de acuerdo con el invento, en la que un motor síncrono 2 de imanes permanentes es alimentado a través de un convertidor 4 de frecuencia. El motor síncrono 2 es utilizado para accionar una cabina 11 de ascensor por medio de una polea 13 de tracción conectada a su árbol y cables 15 montados en la polea de tracción. El convertidor 4 de frecuencia es controlado por una unidad de control 6, que genera impulsos de control para ser aplicados por conductores 8 a los conmutadores del convertidor 4 de frecuencia. Las magnitudes de realimentación son el valor real 10 de la corriente y el ángulo 12 de posición del rotor.

De acuerdo con el invento, la regulación del motor síncrono 2 de imanes permanentes se lleva a cabo en la práctica utilizando un inversor 7 de corriente controlada. La realimentación del ángulo del rotor del motor está sincronizada con las posiciones de los imanes del rotor. Esto proporciona información relativa a la posición de las coordenadas d-q del motor. El control de la corriente se consigue en la práctica utilizando técnicas analógicas. El controlador de velocidad y de par se incorpora utilizando un microcontrolador debido a su mayor facilidad de parametrización. Aplicando con control vectorial trifásico, se evitan las complicadas conversiones de las coordenadas del estator a las coordenadas del rotor.

En un motor síncrono de imanes permanentes, se genera un momento perturbador correspondiente a seis veces la frecuencia de alimentación del motor. La referencia de corriente se forma a partir de una tabla almacenada en la memoria 22 (ROM), en la que se lee un valor de corriente correspondiente al ángulo 20. Preferiblemente, los armónicos quinto y séptimo se almacenan en la misma tabla. La cantidad 24 leída de la tabla es multiplicada por una referencia 26 de par en un multiplicador 28 de cuatro cuadrantes, cuya salida proporciona la referencia 30 de corriente. Además, los armónicos decimoprimero y decimotercero pueden compensarse del mismo modo. Otros momentos perturbadores periódicos pueden compensarse en forma correspondiente.

Cuando se utiliza el quinto armónico, la referencia 30 de corriente es de la forma I_{ref} = I*[sen(\omegat)+k*sen(5*\omegat-\delta)], en donde se utilizan un coeficiente k y un desfase \delta para determinar la magnitud del momento necesario para eliminar la ondulación del par. En un elemento diferencial 32, el valor real 30 de la corriente de fase es restado de la referencia 30 de corriente. La salida del elemento diferencial 32 es alimentada a un amplificador 36 y de él, además, a un elemento sumador 38. Los conmutadores semiconductores del inversor son controlados por modulación de anchura de impulsos, según lo determine la salida del elemento sumador 38.

Para compensar la saturación del regulador de corriente, se genera una señal 40 con una frecuencia que es tres veces la frecuencia fundamental de la referencia de corriente. La señal 40 es de la forma I_{sat} = sen(\omegat) - \phi, donde \phi es un valor de desfase específico para el accionamiento individual. La señal 40 se forma de manera correspondiente por lectura a partir de una tabla, como se ha descrito en lo que antecede, en conjunto con la determinación de la referencia de corriente. La señal es multiplicada por la referencia 26 de par en un multiplicador 42, cuya salida es aplicada al elemento sumador 38, en donde es añadida a la cantidad determinada por la referencia de corriente.

El par de arranque del ascensor debe ajustarse a un valor correspondiente a la carga, con el fin de evitar que se produzca una sacudida en la cabina cuando se suelta el freno. Este se consigue, normalmente, midiendo la carga y regulando el par a un valor correspondiente a ella. Sin embargo, en la práctica, debido a imprecisiones en la medición de la carga, se producen sacudidas originadas por cambios bruscos de la aceleración. Este problema puede resolverse midiendo la posición del rotor con un perceptor de posición rápido y preciso, una de cuyas derivadas respecto al tiempo proporciona datos relativos a la aceleración. Basándose en esto, se genera un momento corrector para limitar la aceleración. El momento corrector se combina con el par de arranque prefijado utilizado para controlar el motor. Dado que se obtienen actualizaciones de los datos de aceleración y del perceptor de posición a intervalos del orden de pocas decenas de milisegundos, las sacudidas en el movimiento de la cabina pueden limitarse a una magnitud inferior al milímetro, por lo que difícilmente serán notadas por un pasajero de la cabina.

El invento se ha descrito en lo que antecede con ayuda de alguna de sus realizaciones. Sin embargo, no ha de considerarse que la presentación constituye una limitación del ámbito de la protección de la patente, sino que las realizaciones del invento pueden variar dentro de los límites definidos en las siguientes reivindicaciones.

Claims (3)

1. Método para controlar un motor síncrono de corriente alterna, de imanes permanentes, para accionar un ascensor, alimentado a partir de una fuente de corriente alterna de corriente controlada, por lo que el control de corriente se realiza utilizando técnicas analógicas mientras que el control de la velocidad y del par se consigue haciendo uso de un microcontrolador por aplicación de un control vectorial trifásico y utilizando coordenadas d y q del motor que pueden obtenerse a partir de datos de realimentación del ángulo del rotor que está sincronizado con las posiciones de los imanes permanentes del rotor, en cuyo método, se regula el par del motor por medio de una referencia de corriente, y en el que con el fin de compensar el efecto de los momentos de armónicos generados en el motor, la referencia de corriente es corregida añadiendo un componente de corrección que genera un momento igual y contrario que los momentos de armónicos, en el que la posición del rotor se mide mediante un perceptor de posición rápido y preciso y en el que, para limitar la aceleración, se genera un momento corrector basándose en una derivada con respecto al tiempo de los datos de posición del perceptor, cuyo momento corrector se combina con el par de arranque utilizado para controlar el motor.

2. Método como el definido en las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el tercer armónico y el quinto o el séptimo armónico de la frecuencia de alimentación, son añadidos a la referencia de corriente.

3. Método como el definido en las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el tercer armónico y el armónico decimoprimero o decimotercero de la frecuencia de alimentación, son añadidos a la referencia de corriente.