ES2264631B2 - Aparato para excitar un motor y un acondicionador de aire que usa el mismo. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de mando para un motor y
acondicionador de aire que lo utiliza.
En un dispositivo de mando para un motor, un
convertidor CC/CA alimenta el motor. Unos medios de detección de
corriente detectan una corriente de línea base del convertidor
CC/CA. Unos medios de detección de tensión de CC detectan una
tensión de una fuente de alimentación de CC variable. Unos medios
de estimación de tensión inducida estiman una tensión inducida del
motor. Unos medios de estimación de posición y velocidad del rotor
estiman una posición de los polos magnéticos del rotor y una
velocidad de giro del motor. Unos medios de generación de señales
PWM generan una seña PWM. Unos medios de corrección del tiempo
activo de ciclo corrigen el tiempo activo de ciclo de la señal PWM.
Unos medios elevadores de tensión y reductores de tensión aumentan
la tensión de la fuente de alimentación de CC variable cuando una
razón de saturación de tensión es mayor o igual que un valor
predeterminado de la razón de saturación de tensión del elevador de
tensión y disminuye la tensión de la fuente de alimentación de CC
variable cuando la razón de saturación de tensión es menor o igual
que un valor predeterminado de la razón de saturación de tensión
del reductor de tensión.
Description
Dispositivo de mando para un motor y
acondicionador de aire que lo utiliza.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de mando para un motor de compresor tal como un motor
de CC sin escobillas o similar a una frecuencia de giro
aleatoria.
Últimamente, en lo que se refiere a dispositivos
convencionales para el mando de un motor de un compresor en un
acondicionador de aire o similar, existe una necesidad cada vez
mayor de reducir el consumo de energía para la protección
medioambiental. Como una de las tecnologías de ahorro energético, se
ha usado ampliamente un convertidor CC/CA para accionar un motor de
compresor de alto rendimiento tal como un motor de CC sin escobillas
a una frecuencia aleatoria. Además, como tecnología de mando del
motor, se conoce una tecnología de mando mediante onda sinusoidal
capaz de gobernar un motor con un rendimiento superior y reduciendo
su ruido en comparación con una tecnología de mando mediante onda
cuadrada en la que un motor es gobernado por una corriente de
onda
cuadrada.
cuadrada.
En el caso de gobierno de un motor para
compresor de un acondicionador de aire, es difícil instalar en su
interior un sensor para detectar una posición del rotor del motor
del compresor. Para superar tal problema, se ha propuesto una
tecnología de mando mediante onda sinusoidal sin sensor de posición
capaz de gobernar el motor mientras se estima la posición del rotor
por algún procedimiento sin usar un sensor de posición. Por
ejemplo, se proporciona un método para estimar la posición de un
rotor mediante la estimación de una tensión inducida en un motor de
compresor (véase la solicitud de patente japonesa abierta a
consulta por el público No. 2000-350489).
La Fig. 9 muestra una configuración de un
sistema para llevar a cabo un mando mediante onda sinusoidal sin
sensor de posición. El número de referencia 1 representa la fuente
de alimentación de CC; el número de referencia 2 indica el
convertidor de CC/CA; el número de referencia 3 representa el motor
sin escobillas; el número de referencia 4 representa el estator; el
número de referencia 5 representa el rotor; el número de referencia
6 indica la unidad de control; y los números de referencia 7v y 7w
representan sensores de corriente. El motor sin escobillas 3
incluye un estator 4 en el que los devanados de las tres fases 4u,
4v y 4w están conectados en estrella en un punto neutro; y un rotor
5 tiene un imán unido al mismo. El terminal de la fase U, 8u, el
terminal de la fase V, 8v, y el terminal de la fase W, 8w, están
conectados respectivamente a terminales del devanado de la fase U,
4u, del devanado de la fase V, 4v, y del devanado de la fase W,
4w.
El convertidor CC/CA 2 tiene tres circuitos
serie para la fase U, la fase V y la fase W, respectivamente, en
cada uno de los cuales están conectados en serie un par de
dispositivos conmutadores entre una sección de circuito de
corriente aguas arriba y una sección de circuito de corriente aguas
abajo. Se aplica una tensión de CC desde la fuente de alimentación
de CC 1 a los circuitos serie. El circuito serie de la fase U
incluye dispositivos conmutadores superior e inferior 12u y 13u. El
circuito serie de la fase V incluye dispositivos conmutadores
superior e inferior 12v y 13v. El circuito serie de la fase W
incluye dispositivos conmutadores superior e inferior 12w y 13w.
Además, unos diodos volante 14u, 14v, 14w, 15u, 15v y 15w están
respectivamente conectados en paralelo con los dispositivos
conmutadores.
El terminal 8u del motor sin escobillas 3 está
conectado a un nodo en el que los dispositivos conmutadores 12u y
13u están conectados entre sí. De igual modo, los terminales 8v y
8w del motor sin escobillas 3 están conectados respectivamente a
nodos en los que los dispositivos conmutadores 12v y 13v y los
dispositivos conmutadores 12w y 13w están conectados entre sí.
En lo sucesivo se describirá detalladamente el
funcionamiento de la unidad de control 6. Después de que una
corriente que circula por los devanados de las fases 4v y 4w del
motor sin escobillas 3 sea detectada por los sensores de corriente
7v y 7w, se estima una tensión inducida del motor sin escobillas 3
por los medios de estimación de tensión inducida 17, basándose en el
valor de corriente detectado. Además, son detectados una posición y
una velocidad del rotor 5 por los medios de detección de posición y
velocidad del rotor 18, basándose en la información de los medios
de estimación de tensión inducida 17. Además, se determina una
tensión que debe producirse para obtener un valor de velocidad
objetivo por los medios de generación de señales PWM 9 basándose en
la posición y velocidad detectadas. Después, el control base 10
amplifica la tensión para producir una señal para controlar el
convertidor CC/CA 2.
Además, para evitar un error en la posición
estimada del rotor debido a distorsión de una onda sinusoidal de
una tensión aplicada al motor sin escobillas 3, los medios de
control de saturación de tensión 20 realizan un control de
protección tal como se describe a continuación. Es decir, se compara
una razón de saturación de tensión con un valor predeterminado de
razón de saturación de tensión, indicando la razón de saturación de
tensión una razón en la que un valor máximo de una tensión que se
va a aplicar a cada fase del motor sin escobillas 3, que se
determina mediante los medios de generación de señales PWM 9,
excede una tensión de CC de la fuente de alimentación de CC 1, que
es detectada por los medios de detección de tensión 16 aplicada al
convertidor CC/CA. Entonces, en caso de que la razón de saturación
de tensión sea mayor o igual que el valor predeterminado de razón
de saturación de tensión, un valor de velocidad de giro objetivo
dado desde el exterior se reduce hasta que la razón de saturación
de tensión se haga menor que el valor predeterminado de razón de
saturación de tensión. Un gobierno del motor sin escobillas 3 es
controlado con la configuración de circuito descrita
anteriormente.
En el método de mando mediante onda sinusoidal
sin sensor de posición convencional, anteriormente mencionado, que
se realiza estimando una tensión inducida, se ha de establecer una
tensión relativamente alta de una fuente de alimentación de CC para
ampliar un rango de velocidades de giro elevado de modo que el
control de protección para reducir el valor de la velocidad de giro
objetivo puede no ser llevado a cabo por los medios de control de
saturación de tensión. Mientras que, en un rango de bajas
velocidades de giro donde no se lleva a cabo el control de
protección, una tensión de una fuente de alimentación de CC
permanece relativamente elevada y provoca un aumento de las pérdida
en el núcleo del motor, lo que resulta en un deterioro de
rendimiento.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención
es proporcionar un dispositivo de mando para un motor, que es capaz
de un control de mando de alta calidad (un control de mando de bajo
ruido, baja vibración y estable, sin operaciones que no pueden ser
ejecutadas ni paradas) tanto en un rango de baja velocidad de
rotación como en un rango de alta velocidad de rotación, mientras
realiza un gobierno del motor de alto rendimiento.
Según la presente invención, se proporciona un
dispositivo de mando para un motor que incluye unos medios de
detección de corriente para detectar una corriente de línea base del
convertidor CC/CA y unos medios de corrección de tiempo activo de
ciclo para corregir el tiempo activo de ciclo de las señales PWM
generadas por los medios de generación de señales PWM, haciendo
posible así detectar con fiabilidad la corriente de línea base del
convertidor CC/CA, es decir, de cada una de las tres corrientes de
fase del motor incluso cuando el tiempo activo de ciclo es
reducido. Además, el dispositivo de mando para un motor según la
presente invención también incluye unos medios elevadores de
tensión y reductores de tensión que incrementan una tensión de una
fuente de alimentación de CC variable en caso de que una razón de
saturación de tensión sea mayor o igual que un valor predeterminado
de razón de saturación de tensión del elevador de tensión comparando
la razón de saturación de tensión, que representa un grado de
saturación de tensión de un valor que indica la tensión aplicada a
un motor, con un valor predeterminado de la razón de saturación de
tensión. Por otro lado, los medios elevadores de tensión y
reductores de tensión disminuyen la tensión de la fuente de
alimentación de CC variable en caso de que la razón de saturación
de tensión sea menor o igual que un valor predeterminado de la razón
de saturación de tensión del reductor de tensión que se ha
establecido menor que el valor predeterminado de razón de saturación
de tensión del elevador de tensión. Por consiguiente, cuando la
razón de saturación de tensión es baja, puede llevarse a cabo un
mando muy eficiente del motor reduciendo la tensión de la fuente de
alimentación de CC.
Los anteriores y otros objetos y características
de la presente invención se harán aparentes a partir de la
siguiente descripción de las realizaciones preferidas, dada
juntamente con los dibujos adjuntos, en los que:
La Fig. 1 muestra un diagrama de bloques que
ilustra un dispositivo de mando para un motor de compresor según
una realización preferida de la presente invención;
La Fig. 2 consiste en un diagrama que representa
ejemplos de cambios en las corrientes de fase del motor de
compresor sobre una base de tiempo;
La Fig. 3 proporciona un diagrama que muestra
ejemplos de cambios en las señales PWM;
La Fig. 4 representa un diagrama que muestra
corrientes que circulan por el motor de compresor y un convertidos
CC/CA cuando las señales PWM cambian como se muestra en la Fig.
3;
La Fig. 5 ofrece un diagrama que ilustra
ejemplos de cambios en las señales PWM;
La Fig. 6 presenta un diagrama que representa
corrientes que circulan por el motor de compresor y el convertidor
CC/CA cuando las señales PWM cambian como se muestra en la Fig.
5;
La Fig. 7 muestra un diagrama que ilustra
ejemplos de cambios en las señales PWM;
La Fig. 8 proporciona un ejemplo de relación
entre un rendimiento del motor y una tensión aplicada al mismo;
y
La Fig. 9 es un diagrama de bloques que muestra
una técnica anterior.
Las realizaciones preferidas de la presente
invención se describirán detalladamente con referencia a los
dibujos adjuntos.
\newpage
Primera
realización
La Fig. 1 muestra un diagrama de bloques que
ilustra una configuración de un dispositivo de mando para un motor
según una primera realización preferida de la presente invención.
Una tensión de CC suministrada desde la fuente de alimentación de
CC variable 1' se convierte en una tensión de CA de frecuencia y
tensión deseadas por el convertidor CC/CA 2 y después se suministra
al motor sin escobillas 3. El convertidor CC/CA 2 está controlado
mediante conmutadores por la unidad de control 6.
El motor sin escobillas 3 incluye el estator 4
al que están unidos tres devanados de fase 4u, 4v y 4w conectados
en estrella entre sí en un punto neutro; y el rotor 5 tiene un
imán. El terminal 8u de la fase U, el terminal 8v de la fase V y el
terminal 8w de la fase W están conectados respectivamente a
terminales del devanado 4u de la fase U, del devanado 4v de la fase
V y del devanado 4w de la fase W.
El convertidor CC/CA 2 tiene tres circuitos
serie para la fase U, la fase V y la fase W, en cada uno de los
cuales están conectados en serie entre sí un par de dispositivos
conmutadores entre una sección del circuito de una corriente aguas
arriba y una sección del circuito de una corriente aguas abajo. A
los circuitos serie se les aplica una tensión de CC de la fuente de
alimentación de CC variable 1'. El circuito serie de la fase U
incluye dispositivos conmutadores superior e inferior 12u y 13u. El
circuito serie de la fase V incluye dispositivos conmutadores
superior e inferior 12v y 13v. El circuito serie de la fase W
incluye dispositivos conmutadores superior e inferior 12w y 13w.
Además, los diodos volante 14u, 14v, 14w, 15u, 15v y 15w están
respectivamente conectados en paralelo con los dispositivos
conmutadores.
El terminal 8u del motor sin escobillas 3 está
conectado a un nodo en el que los dispositivos conmutadores 12u y
13u están conectados entre sí. Del mismo modo, los terminales 8v y
8w del motor sin escobillas 3 están conectados a nodos en los que
los dispositivos conmutadores 12v y 13v y los dispositivos
conmutadores 12w y 13w están respectivamente conectados entre
sí.
La tensión de CC aplicada al convertidor CC/CA 2
se convierte en una tensión de CA trifásica mediante circuitos, por
ejemplo, los dispositivos conmutadores anteriormente mencionados del
convertidor CC/CA 2, gobernando así el motor sin escobillas 3.
Los medios de generación de señales PWM 9
generan señales PWM para el mando de los dispositivos conmutadores
del convertidor CC/CA 2 para obtener un valor de velocidad objetivo
dado desde el exterior de modo que puede producirse una tensión de
salida calculada por medio de un error entre el valor de velocidad
objetivo y una velocidad actual. Las señales PWM son corregidas por
los medios de corrección de tiempo activo de ciclo 19 y después se
convierten en una señal de mando para controlar eléctricamente los
dispositivos conmutadores mediante el control base 10, accionando
así cada uno de los dispositivos conmutadores 12u, 12v, 12w, 13u,
13v y 13w.
A continuación se describirá brevemente una
operación realizada en la unidad de control 6. Una tensión inducida
del motor sin escobillas 3 es estimada por los medios de estimación
de tensión inducida 17 basándose en una corriente de fase del motor
sin escobillas 3 que es detectada por los medios de detección de
corriente 11 provistos en una línea base del convertidor CC/CA; la
tensión de salida calculada por los medios de generación de señales
PWM 9; y una tensión de CC de salida de la fuente de alimentación de
CC 1, que es detectada por los medios de detección de tensión 16
aplicada al convertidor CC/CA. Además, por los medios de estimación
de posición y velocidad del rotor 18 son detectadas una posición de
los polos magnéticos y una velocidad del rotor del motor sin
escobillas 3 basándose en la tensión inducida estimada. Una tensión
que va a ser aplicada a cada fase para controlar al motor sin
escobillas 3 es determinada por los medios de generación de señales
PWM 9 basándose en información sobre una diferencia entre la
velocidad estimada del rotor 5 y el valor de velocidad objetivo dado
desde el exterior, así como la posición estimada de los polos
magnéticos del rotor 5 y, entonces, se generan señales PWM
basándose en la tensión determinada, controlando así que la
velocidad del rotor 5 sea el valor de velocidad objetivo.
A continuación se describirá detalladamente un
funcionamiento de los medios de estimación de tensión inducida 17.
Las corrientes de fase iu, iv e iw que circulan por los devanados de
las tres fases son detectadas por los medios de detección de
corriente 11. Además, las tensiones de fase vu, vv y vw aplicadas a
los devanados de las tres fases se obtienen basándose en información
sobre la tensión de salida calculada por los medios de generación de
señales PWM 9 y una tensión aplicada al convertidor CC/CA detectada
por los medios de detección de tensión aplicada 16 al convertidor
CC/CA. En principio, los valores de las tensiones inducidas eu, ev
y ew inducidas en los devanados de las tres fases se obtienen
basándose en los valores anteriormente mencionados usando las
siguientes Ecuaciones 1 a 3, definidas respectivamente como:
- eu = vu-R\cdotiu-L\cdotd(iu)/dt
- Ec. 1;
- ev = vv-R\cdotiv-L\cdotd(iv)/dt
- Ec. 2;
- ew = vw-R\cdotiw-L\cdotd(iw)/dt
- Ec. 3,
en las que R y L indican
respectivamente una resistencia y una inductancia. Además,
d(iu)/dt, d(iv)/dt y d(iw)/dt representan
respectivamente las derivadas respecto al tiempo de iu, iv e
iw.
Los desarrollos detallados de las Ecuaciones. 1
a 3 pueden definirse como:
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- eu = vu-R\cdotiu-(Ia+La)\cdotd(iu)/dt
- \quad
- -Las\cdotcos(2\thetam) \cdotd(iu)/dt
- \quad
- -Las\cdotiu\cdotd{cos(2\thetam)}/dt
- \quad
- +0,5\cdotLa\cdotd(iv)/dt
- \quad
- -Las\cdotcos(2\thetam-120º)\cdotd(iv)/dt
- \quad
- -Las\cdotiv\cdotd{cos(2\thetam-120º)}/dt
- \quad
- +0,5\cdotLa\cdotd(iw)/dt
- \quad
- -Las\cdotcos(2\thetam+120º)\cdotd(iw)/dt
- -Las\cdotiw\cdotd{cos(2\thetam+120º)}/dt
- Ec. 4;
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- ev = vv-R\cdotiv-(Ia+La) \cdotd(iv)/dt
- \quad
- -Las\cdotcos(2\thetam+120º) \cdotd(iv)/dt
- \quad
- -Las\cdotiv\cdotd{cos(2\thetam+120º)}/dt
- \quad
- +0,5\cdotLa\cdotd(iw)/dt
- \quad
- -Las\cdotcos(2\thetam) \cdotd(iw)/dt
- \quad
- -Las\cdotiw\cdotd{cos(2\thetam)}/dt
- \quad
- +0,5\cdotLa\cdotd(iu)/dt
- \quad
- -Las\cdotcos(2\thetam-120º) \cdotd(iu)/dt
- -Las\cdotiu\cdotd{cos(2\thetam-120º)}/dt
- Ec. 5;
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- ew = vw-R\cdotiw-(Ia+La) \cdotd(iw)/dt
- \quad
- -Las\cdotcos(2\thetam-120º) \cdotd(iw)/dt
- \quad
- -Las\cdotiw\cdotd{cos(2\thetam-120º)}/dt
- \quad
- +0,5\cdotLa\cdotd(iu)/dt
- \quad
- -Las\cdotcos(2\thetam+120º) \cdotd(iu)/dt
- \quad
- -Las\cdotiu\cdotd{cos(2\thetam+120º)}/dt
- \quad
- +0,5\cdotLa\cdotd(iv)/dt
- \quad
- -Las\cdotcos(2\thetam) \cdotd(iv)/dt
- -Las\cdotiv\cdotd{cos(2\thetam)}/dt
- Ec. 6;
\vskip1.000000\baselineskip
en las que d/dt indica una derivada
respecto al tiempo y la velocidad estimada \omegam se transforma
en una velocidad angular eléctrica que va a usarse como
d\theta/dt, que representa una derivada respecto a la función
trigonométrica. En el desarrollo anterior, d(iu)/dt,
d(iv)/dt y d(iw)/dt se obtienen empleando la
aproximación de Euler de primer orden. Por otra parte, se obtiene un
valor iw de corriente de la fase W sumando un valor iu de corriente
de la fase U a un valor iv de corriente de la fase V y después
cambiando un signo de la suma, como se definirá en la Ec. 14. En
este documento, R, Ia, La y Las indican, respectivamente, una
resistencia por fase de devanado; una inductancia de dispersión por
fase de devanado; un valor medio de una inductancia efectiva por
fase de devanado; y una amplitud de la inductancia efectiva por fase
de
devanado.
\newpage
En los medios de estimación de tensión inducida
17 se usan las siguientes Ecuaciones 7 a 9 simplificadas a partir
de las Ecuaciones 4 a 6, que se definen respectivamente como:
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- eu = vu+R\cdotia\cdotsen(\thetam+\betaT)
- \quad
- +1,5\cdot (Ia+La) \cdotcos(\thetam+\betaT)
- -1,5\cdotLas\cdotcos(\thetam-\betaT)
- Ec. 7;
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- ev = vv+R\cdotia\cdotsen(\thetam+\betaT-120º)
- \quad
- -1,5\cdot (Ia+La) \cdotcos(\thetam+\betaT-120º)
- -1,5\cdotLas\cdotcos(\thetam -\betaT-120º)
- Ec. 8;
\vskip1.000000\baselineskip
- \quad
- ew = vw+R\cdotia\cdotsen(\thetam+\betaT-240º)
- \quad
- +1,5\cdot (Ia+La) \cdotcos(\thetam+\betaT-240º)
\vskip1.000000\baselineskip
- -1,5\cdotLas\cdotcos(\thetam-\betaT-240º)
- Ec. 9,
\vskip1.000000\baselineskip
en las que las corrientes de fase
iu, iv e iw se obtienen de una corriente que indica la amplitud ia
y una corriente que indica la fase \betaT y después se
simplifican suponiendo que los valores de las corrientes de fase iu,
iv e iw son de onda
sinusoidal.
A continuación se describirá un funcionamiento
de los medios de estimación de posición y velocidad del rotor 18. La
posición y la velocidad del rotor se estiman basándose en los
valores de la tensión inducida eu, ev y ew estimados por los medios
de estimación de tensión inducida 17. En este momento, un ángulo
estimado \thetam, reconocido por los medios de estimación de
posición y velocidad del rotor 18, es corregido usando un error de
la tensión inducida, haciéndolo converger así a un valor verdadero.
Además, a partir de esto se calcula la velocidad estimada
\omegam, como se explicará a continuación.
En primer lugar, los valores de referencia de la
tensión inducida eum, evm y ewm de las tres fases se definen
como:
- \quad
- eum = em\cdotsen(\thetam+\betaT)
- \quad
- evm = em\cdotsen(\thetam+\betaT-120º)
- ewm = em\cdotsen(\thetam+\betaT-240º)
- Ec. 10,
en las que se obtiene un valor de
amplitud de tensión inducida em igualándolo a las amplitudes de las
tensiones inducidas estimadas eu, ev y
ew.
Se calcula una desviación \varepsilon entre
los valores de referencia de la tensión inducida obtenidos como se
mencionó anteriormente y el valor estimado de la tensión inducida.
Es decir, la desviación \varepsilon se obtiene restando el valor
de referencia de la tensión inducida, esm, del valor estimado de la
tensión inducida, es, que se define como:
- \varepsilon = es-esm
- Ec. 11,
en la que s indica las fases U, V y
W.
Si la desviación se hace 0, el ángulo estimado
\thetam se convierte en un valor verdadero. Por consiguiente, se
realiza una operación de integración proporcional respecto al
ángulo estimado 8m de modo que la desviación e se haga 0 y,
entonces, se transmite a los medios de generación de señales PWM 9
un valor corregido de \thetam así obtenido. Después de esto, se
calcula un valor de la variación del ángulo estimado \thetam por
los medios de estimación de posición y velocidad del rotor 18 de
modo que se determine la velocidad estimada \omegam. Además, para
obtener un valor de velocidad objetivo \omega*, los medios de
corrección de velocidad 30 transmiten un valor corregido obtenido
usando una diferencia \Delta\omega entre el valor de velocidad
objetivo \omega* y la velocidad estimada \omegam y se transmite
a los medios de generación de señales PWM 9, en los que el valor
corregido se define como:
- (valor corregido) = KP\Delta\omega + Kl\Delta\omega
- Ec. 12,
en la que KP y Kl indican un
incremento proporcional y un incremento - integral,
respectivamente.
\newpage
Los medios de generación de señales PWM 9
calculan una tensión V* que debe producirse basándose en el valor
de corrección y, además, obtienen una tensión Vs* (s indica las
fases U, V y W) que debe entregarse a cada fase basándose en el
valor de tensión V*, en la que la tensión Vs* se obtiene por:
- \quad
- Vu* = V*\cdotsen(\thetam+/\betaT)
- \quad
- Vv* = V*\cdotsen(\thetam+\betaT-120º)
- Vw* = V*\cdotsen(\thetam+\betaT-240º)
- Ec. 13.
Además, la señal PWM de cada uno de los
dispositivos conmutadores 12u, 12v, 12w, 13u, 13v y 13w para
producir Vs* (s indica las fases U, V y W) es corregida por los
medios de corrección de tiempo activo de ciclo 19 1 y luego se
genera como salida para el control base 10. Después de esto, cada
uno de los dispositivos conmutadores 12u, 12v, 12w, 13u, 13v y 13w
es controlado para generar una CA de forma de onda sinusoidal.
Como se describió anteriormente, en esta
realización, el ángulo estimado \thetam se determina usando la
desviación \varepsilon entre el valor estimado de tensión
inducida y el valor de referencia de tensión inducida, y las
corrientes de fase que tienen formas de onda sinusoidales se hacen
circular para lograr una control por onda sinusoidal del motor sin
escobillas 3.
En la siguiente exposición, los estados de las
corrientes de fase del motor sin escobillas 3 mostrados en una
corriente que circula por la línea base del convertidor CC/CA se
explicarán en relación con las Figs. 2 a 6, antes de describir un
funcionamiento de los medios de corrección de tiempo activo de
ciclo 19. La Fig. 2 es un diagrama que muestra los estados de las
corrientes de fase que circulan por los devanados de las tres fases
del motor sin escobillas 3, en cada sección de un ángulo
eléctrico.
En una sección donde el ángulo eléctrico está
comprendido entre 0º y 60º, las corrientes circulan desde el
terminal exterior hacia el punto neutro del devanado 4u de la fase
U y del devanado 4w de la fase W, mientras que circula una corriente
desde el punto neutro hacia el terminal exterior del devanado 4v de
la fase V. En una sección donde el ángulo eléctrico está comprendido
entre 60º y 120º, circula una corriente desde el terminal exterior
hacia el punto neutro del devanado 4u de la fase U, mientras que
circulan corrientes desde el punto neutro hacia el terminal
exterior del devanado 4v de la fase V y del devanado 4w de la fase
W. Asimismo, los estados de las corrientes de fase que circulan por
los devanados de las tres fases en los otros intervalos de 60º del
ángulo eléctrico se ilustran también en las otras secciones.
Por ejemplo, en caso de elegir que el ángulo
eléctrico sea de 30º en la Fig. 2, y si las señales PWM generadas
por los medios de generación de señales PWM 9 cambian como se
muestra en la Fig. 3 (U, V, W, X, Y y Z indican respectivamente
señales para activar los dispositivos conmutadores 12u, 12v, 12w,
13u, 13v y 13w, que se ilustran como activo-alto),
en una línea base del convertidor CC/CA se genera una corriente
nula en un intervalo de tiempo 1; una corriente que circula por el
devanado 4w de la fase W en un intervalo de tiempo 2; y una
corriente que circula por el devanado 4v de la fase V en un
intervalo de tiempo 3, como se muestra en la Fig. 4.
Además, en caso de elegir que el ángulo
eléctrico sea de 30º en la Fig. 2, y si las señales PWM generadas
por los medios de generación de señales PWM 9 cambian como se
muestra en la Fig. 5, en una línea base del convertidor CC/CA se
genera una corriente nula en un intervalo de tiempo 1; una corriente
que circula por el devanado 4u de la fase U en un intervalo de
tiempo 2; y una corriente que circula por el devanado 4v de la fase
V en un intervalo de tiempo 3, como se ilustra en la Fig. 6.
De esta manera, las corrientes de fase del motor
sin escobillas 3 cambian en la línea base del convertidor CC/CA
dependiendo de los estados de los dispositivos conmutadores 12u,
12v, 12w, 13u, 13v y 13w del convertidor CC/CA 2. Considerando que
pueden obtenerse dos de las tres corrientes de fase de manera
oportuna, es obvio que puede determinarse cada una de las tres
corrientes de fase mediante una relación definida como:
- iu+iv+iw=0
- Ec. 14.
Sin embargo, en caso de elegir que el ángulo
eléctrico sea de 30º en la Fig. 2, y si las señales PWM generadas
por los medios de generación de señales PWM 9 cambian como se
muestra en la Fig. 7, en la línea base del convertidor CC/CA sólo
aparece una corriente nula en un intervalo de tiempo 1 y una
corriente que circula por el devanado 4v de la fase V en un
intervalo de tiempo 3. Si las señales PWM se repiten con tal
patrón, no puede obtenerse cada una de las tres corrientes de fase
y, además, los medios de estimación de tensión inducida 17 no
pueden estimar la tensión inducida, dificultando así un control del
motor sin escobillas 3.
Como debe detectarse una corriente de fase que
circula en el devanado de cada fase del motor sin escobillas 3, los
medios de corrección de tiempo activo de ciclo comprueban las
señales PWM generadas por los medios de generación de señales PWM 9
para tratar el problema anteriormente mencionado y, en caso de que
las señales cambien como se muestra en la Fig. 7, corrigen la señal
PWM según la ilustrada en la Fig. 3 y después suministra las
señales PWM corregidas al control base 10.
La información sobre el tiempo activo de ciclo
de la señal PWM así corregida y producida por los medios de
corrección de tiempo activo de ciclo se introduce en los medios de
detección de corriente 11. Los medios de detección de corriente 11
convierten la información sobre el tiempo activo de ciclo en cada
una de las tres corrientes de fase mientras comprueban cuál de las
corrientes de fase del motor sin escobillas 3 circula por la línea
base del convertidor CC/CA. Las tres corrientes de fase así
obtenidas son usadas por los medios de estimación de tensión
inducida 17 para estimar la tensión inducida.
Además, se lleva a cabo la siguiente operación
para evitar un aumento de un error de estimación en la posición del
rotor debido a una distorsión de una onda sinusoidal de una tensión
aplicada al motor sin escobillas 3. Es decir, se compara una razón
de saturación de tensión con un valor predeterminado de razón de
saturación de tensión del elevador de tensión y con un valor
predeterminado de razón de saturación de tensión del reductor de
tensión establecidos por los medios elevadores de tensión y
reductores de tensión 21. En este documento, la razón de saturación
de tensión indica una razón en la que un valor máximo de una
tensión que se va a aplicar a cada fase del motor sin escobillas 3,
que se determina por los medios de generación de señales PWM 9,
excede una tensión de CC producida por la fuente de alimentación de
CC 1', que es detectada por los medios de detección de tensión
aplicada 16 al convertidor CC/CA. En caso de que la razón de
saturación de tensión sea mayor o igual que el valor predeterminado
de la razón de saturación de tensión del elevador de tensión, se
acciona, por ejemplo, un circuito de interrupción periódica de
tensión elevador, aumentando así una tensión de la fuente de
alimentación de CC variable 1'. Por otro lado, en el caso de que la
razón de saturación de tensión sea menor o igual que el valor
predeterminado de la razón de saturación de tensión del reductor
de tensión que se ha establecido menor que el valor predeterminado
de razón de saturación de tensión del elevador de tensión, se
acciona, por ejemplo, un circuito de interupción peródica de
tensión reductor, o se detiene el funcionamiento del circuito de
interrupción periódica de tensión elevador, disminuyendo así la
tensión de la fuente de alimentación de CC variable 1'.
Por consiguiente, no se aumenta la tensión de la
fuente de alimentación de CC variable 1' cuando la razón de
saturación de tensión es menor o igual que el valor predeterminado
de la razón de saturación de tensión del elevador de tensión,
mientras que se reduce la tensión de la fuente de alimentación de CC
variable 1' cuando la razón de saturación de tensión es menor o
igual que el valor predeterminado de la razón de saturación de
tensión del reductor de tensión. Por lo tanto, la tensión de la
fuente de alimentación de CC variable 1' se mantiene en un nivel
bajo mientras la razón de saturación de tensión es baja. Como se
muestra en la Fig. 8, si la tensión de la fuente de alimentación de
CC variable 1' disminuye, se reduce la pérdida en el núcleo,
aumentando así el rendimiento del motor sin escobillas 3 controlado
por señales PWM y permitiendo un gobierno de alto rendimiento del
motor.
Realización
2
En la Fig. 1, los medios elevadores de tensión y
reductores de tensión 21 mantienen el valor predeterminado de la
razón de saturación de tensión del elevador de tensión y el valor
predeterminado de la razón de saturación de tensión del reductor de
tensión que cambian según una velocidad de giro del motor sin
escobillas 3 estimada por los medios de estimación de la posición y
la velocidad del rotor 18. Tal cambio según la velocidad de giro se
lleva a cabo como se indica a continuación. Si la velocidad de giro
del motor sin escobillas 3 estimada por los medios de estimación de
la posición y la velocidad del rotor 18 es mayor que un valor
prefijado, se deduce que la carga del motor sin escobillas 3 es
reducida y apenas se prevé una acción que no puede ser ejecutada
incluso cuando aumenta un error de estimación en la posición del
rotor. En este caso, el valor predeterminado de la razón de
saturación del elevador de tensión y el valor predeterminado de la
razón de saturación de tensión del reductor de tensión se
incrementan para hacer difícil elevar la tensión de la fuente de
alimentación de CC variable 1', ampliando así un régimen de
funcionamiento de alto rendimiento del motor.
Realización
3
En la Fig. 1, en caso de que las corrientes de
fase iu, iv e iw que circulan por los devanados de las tres fases,
que son detectadas por los medios de detección de corriente 11 sean
reducidas, y si la carga del motor sin escobillas 3 es reducida y no
se prevé una acción que no pueda ser ejecutada incluso cuando
aumenta un error de estimación en la posición del rotor, el valor
predeterminado de la razón de saturación de tensión del elevador de
tensión y el valor predeterminado de la razón de tensión de
saturación del reductor de tensión cambian según las corrientes de
fase iu, iv e iw que circulan por los devanados de las tres fases,
que son detectadas por los medios de detección de corriente 11,
ampliando así un régimen de funcionamiento de alto rendimiento del
motor.
Realización
4
En la Fig. 1, en caso de que el valor de la
velocidad objetivo sea alto, y si una carga del motor sin
escobillas 3 es reducida y no se prevé una acción que no puede ser
ejecutada incluso cuando aumenta un error de estimación en la
posición del rotor, el valor predeterminado de la razón de
saturación de tensión del elevador de tensión y el valor
predeterminado de la razón de saturación de tensión del reductor de
tensión cambian según el valor de la velocidad objetivo, ampliando
así un régimen de funcionamiento de alto rendimiento del motor.
Como se ha descrito anteriormente, como los
medios de detección de corriente 11 para detectar una corriente de
línea base del convertidor CC/CA y los medios de corrección de
tiempo activo de ciclo 19 hacen posible detectar las corrientes de
fase que circulan por los devanados de las tres fases del motor sin
escobillas 3 y cambian el valor predeterminado de la razón de
saturación de tensión de la tensión aplicada a cada fase del motor
sin escobillas 3, puede ampliarse un régimen de funcionamiento de
alto rendimiento del motor.
El dispositivo de mando para un motor según la
presente invención está provisto de unos medios elevadores de
tensión y reductores de tensión. Los medios elevadores de tensión y
reductores de tensión aumentan una tensión de una fuente de
alimentación de CC variable en caso de que una razón de saturación
de tensión sea mayor o igual que un valor predeterminado de la razón
de saturación de tensión del elevador de tensión comparando la razón
de saturación de tensión, que representa un grado de saturación de
tensión de un valor de tensión, con un valor predeterminado de la
razón de saturación de tensión que se puede cambiar. Por otro lado,
los medios elevadores de tensión y reductores de tensión disminuyen
la tensión de la fuente de alimentación de CC variable en caso de
que la razón de saturación de tensión sea menor o igual que un valor
predeterminado de la razón de saturación de tensión del reductor de
tensión que se ha establecido sea menor que el valor predeterminado
de la razón de saturación de tensión del elevador de tensión. Por
consiguiente, puede llevarse a cabo un mando muy eficiente del motor
reduciendo la tensión de la fuente de alimentación de CC mientras
la razón de saturación de tensión sea baja.
El dispositivo de mando para un motor de
compresor de un acondicionador de aire según la presente invención
aumenta y disminuye una tensión de una fuente de alimentación de CC
variable comparando una razón de saturación de tensión con un valor
predeterminado de razón de saturación de tensión, permitiendo así un
gobierno muy eficiente del motor. Por lo tanto, es útil para el
gobierno de un motor de compresor como un motor de CC sin escobillas
o similar a una frecuencia de giro aleatoria.
Aunque se ha descrito y mostrado la invención en
relación con las realizaciones preferidas, los expertos en la
materia entenderán que pueden realizarse diversos cambios y
modificaciones sin apartarse del espíritu y ámbito de la invención
según se define en las siguientes reivindicaciones.
Claims (5)
1. Dispositivo de mando para un motor,
caracterizado porque comprende:
un convertidor CC/CA para alimentar el
motor;
unos medios de detección de corriente para
detectar una corriente de línea base del convertidor CC/CA;
unos medios de detección de tensión de CC para
detectar una tensión de una fuente de alimentación de CC variable
conectada al convertidor CC/CA;
unos medios de estimación de tensión inducida
para estimar una tensión inducida del motor basándose en una
tensión de salida del convertidor CC/CA y la corriente detectada
por los medios de detección de corriente;
unos medios de estimación de la posición y la
velocidad del rotor para estimar una posición de los polos
magnéticos del rotor y una velocidad de giro del motor basándose en
la tensión inducida estimada;
unos medios de generación de señales PWM para
generar una señal PWM para controlar el convertidor CC/CA basándose
en la posición estimada de los polos magnéticos del rotor;
unos medios de corrección del tiempo activo de
ciclo para corregir el tiempo activo de ciclo de la señal PWM
generada por los medios de generación de señales PWM; y
unos medios elevadores de tensión y reductores
de tensión para aumentar la tensión de la fuente de alimentación de
CC variable cuando una razón de saturación de tensión es mayor o
igual que un valor predeterminado de la razón de saturación de
tensión del elevador de tensión y disminuir la tensión de la fuente
de alimentación de CC variable cuando la razón de saturación de
tensión es menor o igual que un valor predeterminado de la razón de
saturación de tensión del reductor de tensión que se ha establecido
menor que el valor predeterminado de la razón de saturación de
tensión del elevador de tensión, en el que la razón de saturación
de tensión representa un grado de saturación de tensión y se
obtiene de la tensión de la fuente de alimentación de CC variable
detectada por los medios de detección de tensión de CC y de una
tensión que indica el valor aplicado al motor.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el valor predeterminado de la razón de
saturación de tensión del elevador de tensión y el valor
predeterminado de la razón de saturación de tensión del reductor de
tensión cambian según la velocidad de giro del motor.
3. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el valor predeterminado de la razón de
saturación de tensión del elevador de tensión y el valor
predeterminado de la razón de saturación de tensión del reductor de
tensión cambian según la corriente de la línea base del convertidor
CC/CA.
4. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el valor predeterminado de la razón de
saturación de tensión del elevador de tensión y el valor
predeterminado de la relación de saturación de tensión del reductor
de tensión cambian según un valor objetivo de velocidad de giro del
motor.
5. Acondicionador de aire, caracterizado
porque usa el dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones
1
a 4.
a 4.
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