ES2245606A1 - Unidad de control. - Google Patents
Unidad de control.Info
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/14—Electronic commutators
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Abstract
Unidad de control electrónica que gobierna el suministro de energía eléctrica de corriente desde una fuente de corriente continua a una disposición motor-compresor (12, 13); la unidad de control electrónica comprende un medio (15) inversor trifásico conectado por un extremo a la fuente y por el otro está conectado al motor-compresor (12, 13), un regulador (16) de ancho de pulso PWM genera señales de conmutación que se aplican a los elemento de conmutación del inversor (15) trifásico para regular el régimen de funcionamiento del motor-compresor (12, 13) y, simultáneamente, crear un camino de descarga a la corriente residual del arrollamiento inactivo del motor (12).
Description
Unidad de control.
La presente invención se refiere a una unidad de
control electrónica adecuada para hacer funcionar un motor
eléctrico conectable a un compresor.
Más concretamente, la presente invención se
refiere a una unidad de control electrónica que controla el
funcionamiento de un motor eléctrico que es capaz de accionar una
unidad de compresión de refrigeración encapsulada
herméticamente.
Una unidad de control electrónica para controlar
el funcionamiento de una combinación motor/compresor es conocida,
por ejemplo, de la patente americana
US-A-5.801.500, donde se describe un
compresor que tiene un elemento de desplazamiento que funciona
periódicamente y el rotor se hace girar mediante conmutación
asíncrona desde una posición de reposo dada cualquiera hasta una
posición de arranque que facilita la puesta en marcha, y se arranca
a continuación desde esa posición de arranque.
También describe dicho documento que una unidad
de control electrónico controla la conmutación de unos medios de
conmutación que incluye un inversor trifásico de manera que el
rotor es llevado a la posición de arranque antes del arranque real,
haciéndole girar adicionalmente un ángulo predeterminado, mediante
la ejecución de unas pautas de conmutación asíncrona proporcionadas
desde la unidad de control electrónica.
Una desventaja del sistema motor/compresor
descrito es que carece, en el modo de funcionamiento síncrono, de
pautas de conmutación para gobernar la conmutación de los elementos
de conmutación del inversor trifásico, de manera que la unidad de
control electrónica tiene que esperar un cierto tiempo para
asegurarse que la corriente desmagnetizante de la arrollamiento
inactiva ha sido eliminada y, entonces, llevar a cabo las medidas
de posición sobre dicha arrollamiento inactiva.
Por tanto, se hace necesario desarrollar una
unidad de control electrónica que ejecute una pauta activa de
desmagnetización de la fase inactiva, de manera que se reduzca el
tiempo necesario para eliminar la corriente residual.
La presente invención busca reducir o resolver
uno o más de los problemas mencionados por medio de una unidad de
control electrónica que gobierna el suministro de corriente
eléctrica a una disposición motor-compresor
conectada a un medio de inversión. La unidad de control también
comprende un regulador de ancho de pulso PWM para generar señales de
conmutación que se aplican a elementos de conmutación tanto en el
arranque, modo asíncrono, como durante la operación normal del
conjunto motor-compresor, modo síncrono, de manera
que en el periodo de conducción de la señal de conmutación está
dividido en dos semiperiodos, una primera parte en la cual el
elemento de conmutación está en modo conducción permanente y una
segunda parte en la cual dicho elemento de conmutación es modulado
de acuerdo a un ciclo de trabajo predeterminado por el regulador de
ancho de pulso PWM, a fin de regular la velocidad del motor y
crear, simultáneamente, un camino de descarga para la corriente
residual de un arrollamiento inactivo
del motor.
del motor.
Un objeto de la presente invención es implementar
pautas activas de gobierno aplicables a los elementos de
conmutación de un inversor trifásico para regular la velocidad del
motor de corriente continua sin escobillas y habilitar,
simultáneamente, un camino de descarga para la corriente residual
del arrollamiento inactivo del motor.
Otro objeto de la presente invención es conocer
lo antes posible la posición relativa del rotor basándose en una
medida de la fuerza contraelectromotriz medida sobre el
arrollamiento inactivo cuando ha dejado de circular la corriente
residual.
Aún otro objeto de la presente invención es
aumentar la corriente de trabajo del motor de corriente continua
y/o regímenes de giro más elevados.
Aún otro objeto de la presente invención es
establecer una pauta de conmutación para los elementos de
conmutación del inversor trifásico durante el arranque, esto es,
modo asíncrono o lazo abierto.
Ahora serán descritos dispositivos que
materializan la invención, a modo de ejemplo solamente, con
referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra en un diagrama de bloques una
unidad de control electrónica conectada a una combinación
motor-compresor encapsulado herméticamente de
acuerdo a la invención,
la figura 2 muestra el flujo de corriente en los
tres arrollamientos del motor en la etapa de posicionamiento, en la
cual el elemento de conmutación T1 es gobernado por una señal de
modulación de acuerdo a la invención,
la figura 3 muestra una disposición del campo
magnético, para el caso de un motor de seis polos, cuando el rotor
del motor está alineado con el arrollamiento A de acuerdo a la
invención,
la figura 4 muestra las formas de onda del ciclo
de trabajo de cada elemento de conmutación de un inversor trifásico
durante la etapa de posicionamiento de acuerdo a la invención,
y
la figura 5 muestra las formas de onda del ciclo
de trabajo de cada elemento de conmutación del inversor trifásico
de acuerdo a la invención.
La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un
medio 11 de control electrónico conectado a una combinación de un
motor 12 eléctrico y un medio 13 de compresión, estando ambos
conjuntos conectados a través de un medio interfaz.
La unidad 11 de control recibe energía desde una
fuente de alimentación de corriente continua tal como una batería,
batería de un automóvil, panel de células fotovoltaicas, una fuente
de corriente alterna rectificada o similar.
La unidad 11 de control recibe la energía
eléctrica suministrada desde la fuente de corriente continua y un
medio 15 de inversión tal como un inversor trifásico la suministra
a los arrollamientos A, B y C del motor 12 de corriente continua
sin escobillas y sin sensores de la posición del rotor.
El inversor 15 trifásico comprende seis elementos
de conmutación T1 a T6, conectados en doble puente trifásico, por
tanto, se forman tres parejas complementarias de conmutadores T1,
T2; T3, T4; T5, T6, estando las tres parejas de conmutación
conectadas en paralelo.
Los conmutadores T1 a T6 pueden ser transistores
de efecto campo MOSFET, IGBT o similar que funcionan en modo corte
y conducción. Cada conmutador tiene conectado, en antiparalelo, un
diodo de libre circulación D1 a D6.
Un condensador 14 está conectado en paralelo a la
entrada del inversor 15 trifásico. Se ha de observar que un
terminal de entrada del inversor 15 trifásico está conectado a una
tensión mayor que el otro terminal, por ejemplo, un primer terminal
a una tensión positiva y un segundo terminal a neutro o tierra.
Consecuentemente, hay tres elementos de conmutación T1, T3, T5 del
inversor 15 trifásico conectados a una tensión mayor, a saber,
conmutadores de la parte de alta y tres elementos de conmutación
T2, T4, T6 del inversor 15 trifásico conectados a una tensión
menor. Como un resultado, cada pareja del inversor 15 está
compuesta de un conmutador de alta conectado en serie a un
conmutador de baja, por ejemplo, T1, T2.
La unidad 11 de control comprende, también, un
regulador 16 de modulación de anchura de pulso, PWM, que es
conectado a los elementos de conmutación T1 a T6 de la unidad 11 de
control, para generar las señales PWM que determinan su ciclo de
trabajo, mostrado en figura 5.
Se ha de observar que el ciclo de trabajo de cada
elemento de conmutación es función del régimen de funcionamiento
del conjunto motor-compresor 12, 13 deseado.
En modo síncrono, el modulador 16 PWM aplica,
también, un algoritmo de generación de ciclos de trabajo a cada
conmutador T1 a T6, respectivamente, para proporcionar un camino de
descarga o desmagnetización del arrollamiento por el cual ha dejado
de fluir la corriente, esto es, pasa a ser un arrollamiento
inactivo durante un periodo de tiempo.
Se ha de observar que cuando la corriente es nula
en el arrollamiento inactivo, la medida de la fuerza
contraelectromotriz inducida en el mismo arrollamiento permite
conocer la posición eléctrica del rotor con respecto al
estator.
A continuación, se describe la desmagnetización
de un arrollamiento que pasa a ser inactivo, a modo de ejemplo se
describe la creación del camino de desmagnetización del
arrollamiento B. Análogamente, se desmagnetizarían los otros dos
arrollamientos A y C cuando pasen a ser inactivos.
Volviendo a la figura 5, cada conmutador tiene un
periodo de conducción seguido por un periodo de
no-conducción. Si se toma un primer conmutador de
alta de una pareja y un segundo conmutador de baja de una pareja
alternativa T1 y T4, por ejemplo, se aprecia un desfase de 60° entre
el periodo de conducción y no-conducción o corte de
T1 y T4 respectivamente.
Se ha de observar que cada periodo de conducción
se divide en dos semiperiodos, de manera que en el primer
semiperiodo cada conmutador permanece en modo conducción permanente
y durante el segundo semiperiodo, periodo de modulación del
conmutador, el conmutador es conmutado, basándose en el ciclo de
trabajo determinado por el modulador 16 PWM, para regular la
velocidad del motor 12, simultáneamente, se crea un camino de
descarga para la corriente del arrollamiento inactivo.
Como resultado de lo anteriormente descrito, en
el semiperiodo de conducción permanente del conmutador T1, el
conmutador T4 del par alternativo está simultáneamente en periodo
de modulación, la corriente está circulando por los arrollamientos
A y B y la fuerza contraelectromotriz se mide sobre el
arrollamiento inactivo C.
Durante la segunda parte del periodo de
conducción del conmutador T1, a saber, periodo de modulación, el
conmutador T4 permanece en modo corte y pasa a modo conducción
permanente un conmutador de baja del siguiente par de conmutación
T3, T6, esto es, el conmutador T6 y, a su vez, el conmutador T1 se
conmuta sobre la base del ciclo de trabajo determinado por el
modulador 16 PWM, por tanto, está en un periodo de modulación.
En dicho periodo de modulación del conmutador T1,
se lleva a cabo la desmagnetización del arrollamiento B inactivo,
ya que el conmutador T4 está al corte y el conmutador T6 está en
conducción permanente.
En el periodo de modulación del conmutador T1,
sucesivamente, está en conducción ON y al corte OFF; la duración de
cada estado es función del ciclo de trabajo determinado por el
modulador 16 PWM.
Cuando el conmutador T1 está en modo conducción
ON, se genera un camino de circulación de la corriente a través del
conmutador T1, arrollamientos A y C y conmutador T6.
Simultáneamente, se genera un camino de descarga para la corriente
del arrollamiento inactivo B a través del conmutador T1,
arrollamientos A y B y diodo D3 antiparalelo del conmutador T3.
Cuando el conmutador T1 está al corte OFF, la
corriente circula a través del diodo D2 antiparalelo del conmutador
T2, arrollamientos A y C y conmutador T6. Asimismo, solapado con
dicho camino de corriente hay establecido otro camino de descarga
para la energía magnetizante almacenada en el arrollamiento
inactivo B que comprende el diodo D3 antiparalelo del conmutador
T3, el condensador conectado en paralelo a la entrada del inversor
15 trifásico, el diodo D2 antiparalelo del conmutador T2 y los
arrollamientos A y B.
Generalmente, el periodo de conducción de cada
conmutador se divide en dos semiciclos de igual duración, a saber,
durante los primeros 60° eléctricos está conduciendo
permanentemente y, durante los siguientes 60° eléctricos, el
modulador 16 PWM aplica un ciclo de trabajo deseado a cada
conmutador T1 a T6.
Como resultado del modo de funcionamiento
descrito, la corriente residual o desmagnetizante del arrollamiento
inactivo se elimina rápidamente y, una vez desmagnetizado dicho
arrollamiento inactivo, la fuerza contraelectromotriz se mide sobre
el mismo.
El modulador 16 PWM es el encargado de aplicar la
pauta activa para habilitar un camino de descarga a la corriente
desmagnetizante del arrollamiento inactivo, mientras se gobierna la
conmutación del conmutador que pasará seguidamente al estado de
corte, ya que el arrollamiento al que está conectado pasara a ser
el siguiente arrollamiento inactivo. Se ha de observar que el
modulador 16 PWM aplica el mismo tipo de onda a los conmutadores
tanto de alta como de baja del inversor 15 trifásico, esto es,
primero están en conducción, seguidamente, en modulación y por
último al corte.
Al aplicar una pauta activa de desmagnetización
se reduce el tiempo en que no se puede medir la fuerza
contraelectromotriz en el arrollamiento inactivo y,
consecuentemente, permite trabajar con corrientes más elevadas y/o
regímenes de giro más elevados.
A continuación se explica el funcionamiento
durante el arranque, a saber, modo asíncrono o lazo de control
abierto, inicialmente en este periodo no es posible determinar con
precisión la posición del rotor a partir de la fuerza
contraelectromotriz, por lo cual, la unidad 11 de control aplica un
predeterminado algoritmo de arranque que gobierna el suministro de
corriente a cada arrollamiento.
Durante el arranque y debido a la existencia del
compresor 13, es conveniente realizar un cierto número de pasos en
sentido inverso al de funcionamiento a fin de que la propia presión
del sistema de compresión ayude a iniciar el movimiento en el
arranque.
En relación con las figuras 2 y 3, para alinear
el rotor según el arrollamiento A, se conectaría dicho
arrollamiento A al lado de alta del inversor 15 trifásico y los
otros dos arrollamientos B y C al lado de baja del inversor 15, de
manera que el campo magnético se dispondría según la figura 3.
En relación con la figura 4, el modulador 16 PWM
genera una secuencia de pautas de aplicación de corriente en
conmutación asíncrona que consiste en hacer circular corriente,
simultáneamente, por los tres arrollamientos A, B, C de modo que
dos conmutadores T4 T6, por ejemplo, están en modo de conducción
permanente y un tercer conmutador T1 está en modulación. Como
resultado, se consigue un mayor par.
Se ha de observar que en esta etapa, no hay que
leer ninguna fuerza contraelectromotriz. Resultando que dos
conmutadores del lado de alta pueden estar, simultáneamente,
modulando y uno del lado de baja en conducción permanente.
Análogamente, dos conmutadores del lado de baja del inversor
trifásico pueden estar, simultáneamente, en conducción permanente y
uno del lado de alta en modulación.
Lo mismo se aplica para los otros dos
arrollamientos B, C. Después de unos impulsos, es posible conocer
la posición del rotor del motor 12, ya que el rotor seguirá al
campo magnético giratorio a la velocidad de sincronismo con un
ángulo de desfase.
Así, conmutando sucesivamente los conmutadores en
grupos de tres es posible orientar el rotor sucesivamente con todos
los arrollamientos A, B, C del estator.
Una vez que se conoce la posición del rotor con
respecto al estator, desde un punto de vista eléctrico, se inicia
la secuencia de arranque. A modo de ejemplo, el rotor está alineado
con el arrollamiento A.
El modulador 16 PWM aplica unas pautas de
corriente para que circule corriente simultáneamente por los otros
dos arrollamientos B, C, actuando sobre los conmutadores T3 y T6,
según el modo síncrono anteriormente descrito, siendo
desmagnetizado el arrollamiento A inactivo.
Resumiendo, como no hay necesidad de leer la
fuerza contraelectromotriz de ningún arrollamiento durante el
posicionamiento, se hace que los tres arrollamientos A, B y C se
activen simultáneamente, de manera que un conmutador de cada pareja
está en modulación o conducción permanente mientras que su
complementario de la misma rama permanece al corte. Los
conmutadores del lado de alta trabajan según la señal de modulación
generada por el modulador 16 PWM y los conmutadores del lado de baja
trabajan en conducción permanente, ver figura 4.
Una vez posicionado, se inicia el arranque, modo
asíncrono, mediante la generación por parte del modulador 16 PWM de
unas pautas de aplicación de corriente a dos arrollamientos del
estator similares a las aplicadas durante el modo síncrono de
funcionamiento, mostradas en la figura 5.
Consiguientemente, cada conmutador durante su
periodo de conducción está en conducción permanente durante 60°
eléctricos, los siguientes 60° eléctricos está modulando y en modo
de corte durante los 240° eléctricos siguientes. La duración de
cada pulso del ciclo de trabajo aplicado por el modulador 16 PWM
sigue una progresión esencialmente geométrica, de razón variable e
inferior a la unidad, siendo función del tiempo obtenido de paso por
cero de la tensión del arrollamiento inactivo en cada instante.
La tensión de salida aplicada a cada instante
responde a un algoritmo PID, donde la función error se calcula
sobre la base de la velocidad consigna y a la velocidad leída a
través del paso por cero sobre el arrollamiento inactivo.
Consiguientemente, el modulador 16 PWM aumenta
progresivamente la tensión de salida y la frecuencia de activación
de los MOSFETS hasta que el motor alcanza el régimen de
funcionamiento deseado de manera que se realiza una rampa de
tensión y frecuencia desde el inicio hasta el régimen de
funcionamiento deseado.
La transición del modo asíncrono al modo síncrono
se considera realizada cuando el tiempo de paso por cero de la
tensión del arrollamiento inactivo es superior a un valor
predeterminado del tiempo de paso por cero esperado.
Claims (13)
1. Unidad de control (11) adecuada para
suministrar corriente continua a una disposición
motor-compresor (12, 13) conectable a un medio (15)
de inversión, un regulador de ancho de pulso (16) PWM está adaptado
para generar señales de conmutación que se aplica a elementos de
conmutación (T1 a T6) del medio (15) de inversión;
caracterizada porque el regulador de ancho de pulso (16) PWM
está configurado para generar señales de conmutación que se aplican
a los elementos de conmutación (T1 a T6) para gobernar la velocidad
variable del motor (12) y crear un camino de descarga a la corriente
residual de un arrollamiento inactivo del motor (12), de manera que
cada elemento de conmutación está un periodo predeterminado de
tiempo en conducción permanente y, seguidamente, en modulación de
acuerdo al ciclo de trabajo determinado por el regulador de ancho
de pulso (16) PWM y, a continuación, en modo corte.
2. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 1; caracterizada porque el camino de descarga
incluye un diodo antiparalelo (D1 a D6) que está conectado al
elemento de conmutación que forma pareja con el elemento de
conmutación que es modulado.
3. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 2; caracterizada porque los elementos de
conmutación (T1 a T6) son transistores de efecto campo MOSFET.
4. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 2; caracterizada porque los elementos de
conmutación (T1 a T6) son IGBT o similar.
5. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 2; caracterizada porque el regulador de ancho
de pulso (16) PWM aplica señales de conmutación del mismo tipo
durante el arranque, modo asíncrono, que durante la operación
normal de la disposición motor-compresor (12, 13),
modo síncrono.
6. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 5; caracterizada porque el regulador de ancho
de pulso (16) PWM genera ciclos de trabajo cuya duración sigue una
progresión matemática de razón variable e inferior a la unidad,
siendo función del tiempo obtenido de paso por cero de la tensión
del arrollamiento inactivo en cada instante.
7. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 6; caracterizada porque la progresión
matemática es una progresión esencialmente geométrica o
geométrica.
8. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 6; caracterizada porque la progresión
matemática es una progresión esencialmente exponencial o
exponencial.
9. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 6; caracterizada porque la progresión
matemática es una progresión esencialmente aritmética o o
aritmética.
10. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 6; caracterizada porque la progresión
matemática es una progresión esencialmente potencial o
potencial.
11. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 6; caracterizada porque la progresión
matemática es una progresión esencialmente racional o racional.
12. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 1; caracterizada porque la tensión de salida
aplicada a cada instante responde a un algoritmo PID.
13. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 12; caracterizada porque la función error del
algoritmo PID se calcula sobre la base de la velocidad consigna y a
la velocidad leída a través de la fuerza contraelectromotriz
inducida sobre el arrollamiento inducido.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200401576A ES2245606B1 (es) | 2004-06-29 | 2004-06-29 | Unidad de control. |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200401576A ES2245606B1 (es) | 2004-06-29 | 2004-06-29 | Unidad de control. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2245606A1 true ES2245606A1 (es) | 2006-01-01 |
| ES2245606B1 ES2245606B1 (es) | 2007-03-01 |
Family
ID=35614432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200401576A Expired - Lifetime ES2245606B1 (es) | 2004-06-29 | 2004-06-29 | Unidad de control. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2245606B1 (es) |
| WO (1) | WO2006003228A1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3093984A4 (en) * | 2014-03-18 | 2018-01-17 | Daikin Industries, Ltd. | Power conversion device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2329322B1 (es) | 2006-12-20 | 2010-06-29 | Fernando S. Colome Calafi | Dispositivo para inmovilizacion de vehiculos y a un punto fijo y a uno o mas puntos fijos. |
-
2004
- 2004-06-29 ES ES200401576A patent/ES2245606B1/es not_active Expired - Lifetime
-
2005
- 2005-03-29 WO PCT/ES2005/070037 patent/WO2006003228A1/es active Application Filing
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HENDERSHOT J.R.; MILLER T.J.E. Design of brushless permanent-magnet motors. Oxford: Magna Physics and Clarendon Press. 1994. ISBN 1-881855-03-1 y ISBN 0-19-859389-9. Paginas 2-14 a 2-49 y 1-19 a 1-25, en especial pagina 2-35 parrafos 2,3; figuras 2.15 a 2.19. * |
| HENDERSHOT J.R.; MILLER T.J.E. Design of brushless permanent-magnet motors. Oxford: Magna Physics and Clarendon Press. 1994. ISBN 1-881855-03-1 y ISBN 0-19-859389-9. Páginas 2-14 a 2-49 y 1-19 a 1-25, en especial página 2-35 párrafos 2,3; figuras 2.15 a 2.19. \\ A 6-11 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3093984A4 (en) * | 2014-03-18 | 2018-01-17 | Daikin Industries, Ltd. | Power conversion device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2245606B1 (es) | 2007-03-01 |
| WO2006003228A1 (es) | 2006-01-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20060101 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2245606B1 Country of ref document: ES |
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| PC2A | Transfer of patent |
Owner name: CUBIGEL COMPRESSORS, S.A. Effective date: 20110908 |
|
| PC2A | Transfer of patent |
Owner name: HUAYI COMPRESSOR BARCELONA, S.L. Effective date: 20131210 |