ES2237819T3 - Circuito de control para un motor universal. - Google Patents

Abstract

UN CIRCUITO DE MANDO PARA UN MOTOR UNIVERSAL LLEVA UN ELEMENTO DE ACTUACION PARA REGULAR LAS REVOLUCIONES, UN SENSOR (15) PARA DETERMINAR LAS REVOLUCIONES Y UN CONMUTADOR DE CAMPO (5) MEDIANTE EL CUAL SE PUEDE CONMUTAR UN ARROLLAMIENTO DE CAMPO (3) DEL MOTOR DE CAMPO CORTO A CAMPO LARGO CON EL FIN DE AJUSTAR UNA GAMA DE ALTAS REVOLUCIONES. CON EL FIN DE QUE EL PUNTO DE CONMUTACION DE CAMPO LARGO A CAMPO CORTO DEPENDA DE LAS CONDICIONES DE TRABAJO REALES PARA MEJORAR LA VIDA UTIL DE LAS ESCOBILLAS (21) DEL MOTOR UNIVERSAL, HAY EN UNA MEMORIA REGISTRADA UNA TABLA DE TENSION DE LA RED - REVOLUCIONES DE CONMUTACION, Y EL CIRCUITO DE CONTROL VIGILA LA TENSION DE LA RED Y LLEVA A CABO LA CONMUTACION DE CAMPO LARGO A CAMPO CORTO CUANDO HAYA UNA TENSION DE RED MAS BAJA A UNAS REVOLUCIONES INFERIORES A QUE CUANDO HAYA UNA TENSION MAS ALTA O BIEN EL CIRCUITO DE CONTROL EFECTUA LA CONMUTACION DE CAMPO LARGO A CAMPO CORTO CUANDO EL ELEMENTO DE ACTUACION APLIQUE AL MOTOR LA TENSION PLENA DE LA RED O PORAL MENOS LA TENSION NOMINAL DEL MOTOR.

Description

Circuito de control para un motor universal.

La invención concierne a un circuito de control para un motor universal según el preámbulo de la reivindicación 1.

Tales circuitos de control se emplean especialmente en máquinas lavadoras o en secadoras de ropa con motores universales.

Es sabido controlar y regular el número de revoluciones de motores universales en máquinas lavadoras a través de una electrónica de control y por medio de un miembro de ajuste, por ejemplo un triac. Para el trabajo de lavado se aplica una baja tensión al motor; para el trabajo de centrifugación se eleva la tensión del motor hasta la plena tensión de la red. Se pueden alcanzar entonces decalajes de números de revoluciones de aproximadamente 1 : 30.

Cuando se desean mayores decalajes de los números de revoluciones, es sabido trabajar con debilitamiento del campo en el motor universal. En este caso, se prevé un conmutador de campo con el cual un devanado de campo del motor puede ser conmutado de campo largo a campo corto para ajustar un rango de alto número de revoluciones. Por ejemplo, con campo largo se acelera hasta una velocidad de rotación del motor de 8000 a 10000 revoluciones por minuto. Seguidamente, se conmuta a campo corto y se eleva la regulación hasta el alto número final de revoluciones de centrifugación deseado. El número de revoluciones al cual se efectúa la conmutación de campo se ha establecido aquí de modo que sea alcanzado incluso en condiciones de funcionamiento muy desfavorables. Condiciones de funcionamiento muy desfavorables son, en particular, la presencia del más bajo valor posible de la tensión de la red fluctuante en una banda de tolerancia, la presencia del máximo desequilibrio admisible en el tambor de la ropa y/o la presencia de la tensión más desfavorable de la correa entre el motor y el tambor de la ropa. Mediante esta fijación del número de revoluciones se consigue que, en el caso normal, cuando no se presentan las condiciones más desfavorables, la conmutación de campo largo a campo corto se efectúe a un número de revoluciones que es sensiblemente más bajo que el de por sí necesario en el caso normal. Esto repercute negativamente sobre la vida útil del motor universal limitada por el desgaste de las escobillas. En efecto, el desgaste de las escobillas en funcionamiento con campo corto es más grande que al funcionar con campo largo, ya que la corriente que circula por las escobillas es
mayor.

Se conoce ya por el documento US-A-4,370,603 un circuito de control que puede utilizarse para un motor universal según el documento US-A-4,035,704 y que presenta un miembro de ajuste para regular el número de revoluciones. Asimismo, se desprende ya también del documento US-A-4,035,704 un sensor para captar el número de revoluciones, así como un conmutador de campo con el cual un devanado de campo del motor universal puede ser conmutado de campo largo a campo corto para ajustar un rango de alto número de revoluciones. Además, según el documento US-A-4,370,603, se ha utilizado una memoria para almacenar determinados parámetros. Asimismo, es conocido que el circuito de control vigile la tensión de la red.

En el documento EP 0581557 A1 se ha revelado también que un conmutador de campo aplica la tensión eléctrica a un devanado de campo completo o bien a solamente algunas partes del devanado de campo, con lo que se puede conmutar entre campo largo y campo corto.

En el documento DE 43 05 477 A1 se muestra en la figura 1 un circuito de control de la clase citada al principio para un motor universal que se hace funcionar con una tensión continua derivada de la tensión alterna de la red.

En el documento DE 32 00 753 C2 se describe también un motor universal con conmutación de campo.

Partiendo del estado de la técnica antes citado, el cometido de la invención consiste en proponer un circuito de control de la clase citada al principio en el que el punto de conmutación de campo largo a campo corto dependa de condiciones de funcionamiento actuales para mejorar la duración de las escobillas del motor universal por reducción del desgaste de dichas escobillas.

Según la invención, el problema anterior se resuelve con las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones subordinas se describen perfeccionamientos y ejecuciones ventajosos.

En la solución según la reivindicación 1 el circuito de control vigila la respectiva magnitud de la tensión presente de la red. En una memoria está archivada una tabla que incluye puntos de conmutación adecuados para todo el intervalo posible de tensiones de la red desde tensión insuficiente de la red hasta sobretensión de la red, para efectuar la conmutación de campo largo a campo corto. Cuando la tensión actual de la red es baja, la conmutación de campo largo a campo corto se efectúa entonces a un número de revoluciones más pequeño que en el caso de una tensión más alta de la red. Se consigue así, por un lado, que la conmutación de campo se efectúe incluso a baja tensión de la red y, por tanto, se alcance el rango del alto número de revoluciones de centrifugado. Por otro lado, se consigue que a alta tensión de la red se conmute de campo largo a campo corto únicamente a un número de revoluciones más alto, es decir, más tarde. Esto reduce el desgaste de las escobillas, ya que no se trabaja con campo corto durante un tiempo innecesariamente largo.

En la solución según la reivindicación 2 la captación de la tensión de la red no es necesaria. La conmutación de campo largo a campo corto se efectúa cuando el miembro de ajuste aplica la plena tensión de la red al motor. La aplicación de la plena tensión de la red al motor es un signo de que no puede seguirse aumentando el número de revoluciones cuando no se realiza la conmutación de campo (debilitamiento de campo). El debilitamiento de campo es activado en este caso precisamente cuando el motor, debido a su carga actual y a la tensión actualmente aplicada de la red, no puede alcanzar el valor nominal del número de revoluciones, es decir que ya no puede seguir la especificación del valor nominal para el número de revoluciones. El funcionamiento con campo corto se limita al tiempo mínimamente necesario, sin que se influya de manera sensiblemente negativa sobre una curva característica deseada de número de revoluciones-tiempo. Por tanto, en esta solución se mejora también la duración de las escobillas.

Después de la conmutación a campo corto se acelera el desgaste de las escobillas bajo pares de giro demasiado altos a consecuencia de una alta intensidad de corriente del motor. Para contrarrestar esto, en una ejecución de la invención el circuito de control capta directa o indirectamente la corriente del motor después de la conmutación de campo largo a campo corto y la compara con un valor máximo almacenado. Al sobrepasarse el valor máximo, el circuito de control retorna a campo corto o bien para el motor y lo arranca de nuevo.

Otras ejecuciones ventajosas de la invención se desprenden de las reivindicaciones subordinadas y de la descripción siguiente. En el dibujo muestran:

la figura 1, un esquema de bloques de un circuito de control y

la figura 2, un diagrama de número de revoluciones.

Un motor universal 1 para un tambor de ropa de una máquina lavadora presenta un inducido 2, escobillas 2' y un devanado de campo 3 que está provisto de una toma 4. Está previsto un conmutador de campo 5 para conmutar de campo largo a campo corto. Un conmutador de sentido de giro 6 sirve para conmutar el sentido de giro en la marcha de lavado.

El motor universal está conectado según la figura 1 a la red de corriente alterna L, N (230 V). Sin embargo, puede hacerse funcionar también con una corriente continua derivada de la red de corriente alterna (funcionamiento con inversor).

En el circuito eléctrico del motor están dispuestos, por ejemplo, un triac 7 en calidad de miembro de ajuste y una resistencia amperimétrica 8.

Para controlar o regular el número de revoluciones del motor universal 1 se ha previsto como circuito de control un microordenador 9 con la periferia usual. El microordenador 9 presenta entradas analógicas y digitales y salidas digitales. Una salida 10 sirve para controlar el conmutador de campo 5 construido como un relé. Una salida 11 sirve para controlar el conmutador de sentido de giro 6 construido como un relé. Una salida 12 sirve para activar el triac 7 a fin de regular la tensión aplicada al motor 1. A este fin, se ha implementado un regulador en el microordenador 9. Se vigila la magnitud de ajuste que actúa sobre el triac 7 y con la cual reacciona el regulador a un valor nominal o una evolución de valor nominal prefijado por el microordenador.

En una memoria fija (ROM) del microordenador 9 está archivada una tabla en la que se han asociado a los posibles valores de la tensión de la red en la banda de tolerancia de la tensión nominal (230 V) unos valores diferentes de número de revoluciones a cuya aparición medida en la entrada 14 el conmutador de campo 5 conmuta de campo largo a campo corto. La asociación se ha elegido de tal manera que a valores más bajos de la tensión de la red la conmutación de campo se efectúe ya a un menor número de revoluciones que en el caso de valores más altos de la tensión de la red. La asociación depende también del respectivo tipo de motor. Se consigue así que la conmutación de campo largo a campo corto no se efectúe innecesariamente pronto al elevar el número de revoluciones del motor desde el número de revoluciones de lavado en dirección al número final de revoluciones de centrifugado, lo que reduce el desgaste de las escobillas 2'.

Una posibilidad diferente o adicional para determinar el instante de la conmutación de campo largo a campo corto al aumentar el número de revoluciones del motor consiste en lo siguiente:

El microordenador 9 capta el instante en el que el regulador implementado en él aplica la plena tensión de la red al motor 1 a través del triac 7. Después de cierto tiempo de retardo, dicho microordenador hace que el conmutador de campo 5 conmute de campo largo a campo corto. Por tanto, el debilitamiento de campo se efectúa precisamente cuando el motor 1, debido a su carga actual y a la tensión actual dada de la red, no puede ya seguir al valor nominal de número de revoluciones, que tiende hacia el número final de revoluciones de centrifugado. Debido al debilitamiento de campo se mantiene la curva característica deseada de número de revoluciones-tiempo. Dado que la conmutación de campo no se efectúa aquí tampoco prematuramente, se reduce el desgaste de las escobillas.

Tan pronto como el motor universal 1 ha sido conmutado a campo corto, existe el riesgo de que se acelere el desgaste de las escobillas bajo un par de giro demasiado alto provocado por una alta intensidad de corriente del motor. Para poder contrarrestar esto se mide directa o indirectamente la intensidad de corriente del motor.

La medición directa de la intensidad de corriente del motor se efectúa en la entrada 16 a través de la tensión decreciente en la resistencia amperimétrica 8. En el microordenador 9 está almacenado el valor de una intensidad máxima admisible de la corriente del motor para funcionamiento en el campo corto. El microordenador 9 compara sí el valor actual sobrepasa el valor almacenado. El valor actual de la intensidad de corriente puede hacerse demasiado grande, por ejemplo, a causa de un anillo de agua en el tambor de la ropa que puede ser originado por un bombeo de descarga insuficiente a consecuencia de una formación de espuma, o bien a causa de un desequilibrio demasiado grande o de defectos mecánicos. Cuando el valor real de la intensidad de corriente sobrepasa el valor máximo admisible, el microordenador 9 hace entonces que el conmutador de campo 5 retorne a campo largo, después de lo cual se sigue centrifugando con el menor número de revoluciones que puede alcanzarse con éste. En vez de esto, sería posible también desconectar el motor 1 y arrancarlo de nuevo después de cierto tiempo de estabilización.

La intensidad de corriente del motor puede medirse también indirectamente. El regulador del microordenador 9 intenta también, al centrifugar con campo corto, regular el número de revoluciones de centrifugado a su valor nominal. Se capta la tensión actual de la red a través de la entrada 13. Además, referido a la tensión alterna de la red, se capta el ángulo de fase ajustado por la regulación a un número de revoluciones prefijado, en el cual se activa el triac 7. En una tabla archivada en una memoria fija (ROM) está archivado el par de giro adicional o demasiado alto para el motor. Mediante una comparación de los datos citados con éste se puede tomar la decisión de si la intensidad de corriente del motor o el par de giro es inadmisiblemente alto. Convenientemente, se regula para esta decisión el número de revoluciones en campo corto llevándolo por breve tiempo al número de revoluciones de la conmutación de campo. Si resulta una intensidad de corriente del motor demasiado alta o un par de giro demasiado alto, se conecta entonces de nuevo a campo largo o bien se para el motor y se le arranca de nuevo.

En lugar del ángulo de fase del sistema controlador de adaptación de fase se puede aprovechar para esta captación indirecta de la intensidad de corriente del motor, con otra clase de control del triac 7 o de otro miembro de ajuste, la relación de conexión-desconexión en el tiempo. Este control se presenta, por ejemplo, en el funcionamiento con inversor, en el que el motor universal 1 es alimentado con una tensión continua. La tensión media del motor resulta entonces de la relación de conexión del miembro de
ajuste.

En el funcionamiento del motor con corriente continua pueden circular corrientes sensiblemente más altas que en el funcionamiento con corriente alterna. En el funcionamiento con corriente continua el sistema de inversión de corriente reacciona de manera sustancialmente más sensible a las sobreintensidades (efecto de corriente continua). Por estos motivos, en el funcionamiento con corriente continua es importante proteger el motor en todo el intervalo de números de revoluciones incluso contra puntas de corriente de corta duración.

Para la limitación de la corriente es suficiente la magnitud de entrada del regulador (número de revoluciones real) captada en todos los casos. Para cada número de revoluciones del motor están depositadas en la memoria del microcontrolador la magnitud de ajuste máxima admisible y, como resultado de ésta, la tensión máxima del motor. La corriente del motor se ajusta entonces según el punto de trabajo determinado por la magnitud de ajuste para la tensión del motor, la tensión actual de la red y el número de
revoluciones.

Si, además del número de revoluciones real, se capta también la tensión actualmente presente de la red y se amplía la regulación en el sentido de que el microcontrolador adapta también la magnitud de ajuste a la tensión actualmente presente de la red y, por tanto, dispone de la tensión del motor realmente aplicada, la regulación del motor y la limitación de la máxima tensión admisible del motor en función del número de revoluciones se realizan entonces con independencia de fluctuaciones de la tensión de la red, es decir que la tensión máxima del motor se limita exactamente en función del número de revoluciones y no es influenciada por fluctuaciones de la tensión de alimentación. La intensidad de corriente del motor queda así limitada indirectamente de conformidad con la tensión prefijada del motor. La intensidad de corriente del motor puede ser limitada también en función del número de revoluciones por medio de una medición indirecta de dicha intensidad de corriente del
motor.

La limitación de la intensidad de corriente del motor en función del número de revoluciones es especialmente importante debido a que, para el sistema de inversión de corriente del motor universal, altas intensidades de corriente a un elevado número de revoluciones representan una carga especial. Se presentan altas intensidades de corriente a altos pares de giro. En una máquina lavadora se presentan altos pares de giro durante el arranque y también a los lentos números de revoluciones de lavado en tanto que se encuentre un alto nivel de agua en el tambor de la ropa. En el centrifugado, en el que se drena la ropa y se bombea y descarga continuamente el agua, el par de giro necesario y, por tanto, la intensidad de corriente del motor son más pequeños en aproximadamente el factor 2 que durante el lavado. Además, al aumentar el número de revoluciones de centrifugado puede partirse de una demanda de par de giro constante o ligeramente decreciente con el número de revoluciones.

En correspondencia con los requisitos de par de giro anteriormente descritos, la limitación de tensión dependiente del número de revoluciones puede implementarse de manera sencilla en el dispositivo descrito. Según la figura 2, se definen para el funcionamiento con campo largo dos puntos de apoyo de tensión del motor/número de revoluciones de conformidad con el par de giro requerido por el sistema. En la figura 2 se han representado curvas características en función del número de revoluciones N para:

la tensión máxima UL del motor con campo largo y alta tensión de la red (250 V), así como (en línea de trazos) con baja tensión de la red (190 V),

la tensión máxima Uk del motor con campo corto,

el par de giro máximo DL del motor con campo largo y

el par de giro máximo DK del motor con campo corto.

El valor de tensión del punto de apoyo inferior Su corresponde a la tensión máxima para el arranque del motor. El valor de número de revoluciones del punto de apoyo inferior Su corresponde a un par de giro suficiente para la aceleración de centrifugado en este punto de trabajo.

El valor de tensión para el punto de apoyo superior So corresponde a la tensión máxima de la red o al menos a la tensión nominal del motor. El valor de número de revoluciones para el punto de apoyo superior So corresponde al número de revoluciones al cual, con una tensión pertinentemente definida, el par de giro del motor es menor o igual que el par de giro en el punto de apoyo inferior Su.

A números de revoluciones por debajo del punto de apoyo inferior Su la tensión máxima del motor es constante de conformidad con el valor allí definido (véase la figura 2).

Entre ambos puntos de apoyo Su y So se calcula la tensión máxima del motor de conformidad con una interpolación lineal entre ambos puntos de apoyo. Se obtiene así un par de giro máximo constante DL/DK durante la aceleración de centrifugado en caso de que ambos puntos de apoyo se hayan configurado para el mismo par de giro.

A números de revoluciones por encima del punto de apoyo superior So la tensión del motor corresponde a la tensión actualmente aplicada de la red o se regula llevándola a la tensión nominal.

Para el funcionamiento con campo corto se puede calcular el perfil de tensión del motor/número de revoluciones de manera correspondiente a como se hace para el funcionamiento con campo largo, reinando la condición marginal adicional de que el par de giro resultante, al menos en el intervalo de número de revoluciones en el que puede tener lugar una conmutación de campo, es al menos igual o mayor que en el caso de campo largo para impedir que el número de revoluciones caiga o disminuya después de la conmutación de campo.

La conmutación de campo se activa únicamente cuando en el campo largo - de conformidad con la limitación de tensión anteriormente descrita para el motor en función del número de revoluciones - se aplica la plena tensión de la red o la tensión nominal al motor.

En caso de que el motor pierda número de revoluciones con campo corto debido a que se produce un aumento erróneo del par de giro a altos números de revoluciones, por ejemplo debido a la formación de un anillo de agua en el tambor de la ropa, se conmuta a campo corto, lo que tiene lugar con cierta histéresis de número de revoluciones, de, por ejemplo, 2000 revoluciones del motor.

Claims (12)

1. Circuito de control (9) para un motor universal (1) con un miembro de ajuste (7) para regular el número de revoluciones, un sistema de vigilancia de la tensión de la red, un sensor (14) para captar el número de revoluciones y un conmutador de campo (5) con el que un devanado de campo (3) del motor (1) puede ser conmutado de campo largo a campo corto para ajustar un rango de alto número de revoluciones, para lo cual se aplica tensión eléctrica a solamente una parte del devanado de campo (3) en lugar de aplicarla a todo el devanado de campo (3), y con una memoria (ROM) para almacenar parámetros determinados, caracterizado porque en la memoria (ROM) está archivada una tabla de tensiones de la red-números de revoluciones de conmutación y porque el circuito de control (9) realiza la conmutación de campo largo a campo corto, cuando se presenta una tensión más baja de la red, a un número de revoluciones más pequeño que cuando se presenta una tensión más alta de la red.

2. Circuito de control según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho circuito de control (9) realiza la conmutación de campo largo a campo corto cuando el miembro de ajuste (7) aplica al motor (1) la plena tensión de la red o al menos la tensión nominal de dicho motor.

3. Circuito de control según la reivindicación 1, caracterizado porque la conmutación se efectúa cuando se ha aplicado la plena tensión de la red al motor (1) durante cierto tiempo.

4. Circuito de control según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicho circuito de control (9) capta directa o indirectamente la intensidad de corriente del motor después de la conmutación de campo largo a campo corto y la compara con un valor máximo almacenado, y porque el circuito de control (9) retorna al campo largo al sobrepasarse el valor máximo o bien desconecta el motor (1) y lo arranca de nuevo.

5. Circuito de control según la reivindicación 4, caracterizado porque se capta directamente la intensidad de corriente del motor en función de la tensión decreciente en una resistencia amperimétrica (8).

6. Circuito de control según la reivindicación 4, caracterizado porque se calcula indirectamente la intensidad de corriente del motor a partir de datos de regulación de un regulador de número de revoluciones implementado en el circuito de control (9) y de la tensión real de la red o del número de revoluciones real.

7. Circuito de control según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se limita la intensidad de corriente del motor en función del número de revoluciones para campo largo y campo corto, respectivamente, y el par de giro resultante de esto para el campo corto, al menos en el intervalo de números de revoluciones en el que puede tener lugar una conmutación de campo, es igual o ligeramente mayor que el par de giro para el campo largo.

8. Circuito de control según la reivindicación 7, caracterizado porque la conmutación de campo largo a campo corto tiene lugar cuando se aplica en el campo largo la plena tensión de la red o la tensión nominal del motor.

9. Circuito de control según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque la limitación de la intensidad de corriente del motor se efectúa mediante una limitación - dependiente del número de revoluciones - de la magnitud de ajuste máxima para el miembro de ajuste que conecta la tensión del motor.

10. Circuito de control según la reivindicación 9, caracterizado porque se mide la tensión actual de la red y se corrige adicionalmente, en función de la tensión de la red, la magnitud de ajuste máxima para el miembro de ajuste que conecta la tensión del motor, con lo que se limita la tensión del motor en función del número de revoluciones sin influencia de fluctuaciones de la tensión de la red.

11. Circuito de control según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se retorna la conexión de campo corto a campo largo con una histéresis de número de revoluciones cuando, durante el funcionamiento con campo corto, aumenta fuertemente el par de giro y disminuye el número de revoluciones.

12. Circuito de control según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se define un número de revoluciones mínimo cuya consecución es una condición previa para una conmutación de campo.