ES2279942T3 - Herramienta electrica. - Google Patents

Abstract

Herramienta eléctrica, en particular una herramienta manual eléctrica, con un motor eléctrico asíncrono (2) o con un motor eléctrico síncrono sin escobillas y con un dispositivo de control de motor (8) controlado por ordenador, caracterizada por un convertidor de frecuencia (4) controlable por el dispositivo de control del motor, mediante el cual se puede aplicar una tensión de (de excitación) del motor en el motor (2), y por un captador de intensidad (10) que registra la intensidad del motor y que coopera con el dispositivo de control (8) del motor, y porque el dispositivo de control (8) del motor está configurado de tal forma que en una primera fase del funcionamiento del motor, con intensidades del motor de hasta una intensidad límite I(lím) se mantienen constantes la tensión aplicada en el motor y la frecuencia de la corriente del motor y porque en una segunda fase del funcionamiento del motor, con cargas superiores a aquella carga a la que la intensidad del motor alcanza la intensidadlímite I(lím) la tensión aplicada en el motor se mantiene constante y la frecuencia de la corriente del motor se reduce de tal forma que la intensidad del motor se mantiene en un valor constante.

Description

Herramienta eléctrica.

La invención se refiere a una herramienta eléctrica, en particular a una herramienta manual eléctrica, con un motor eléctrico asíncrono o con un motor eléctrico síncrono sin escobillas y con un dispositivo de control de motor controlado por ordenador, es decir, con una electrónica de control controlada especialmente por microprocesador.

Las herramientas eléctricas son accionadas principalmente por motores eléctricos con colector o conmutador en combinación con escobillas de carbón, empleándose especialmente los llamados motores universales. Las escobillas de carbón están sujetas a un desgaste continuo y tienen que recambiarse al cabo de cierto tiempo. Este tipo de motores con colector tienen, hasta cierta carga, una característica de rendimiento prácticamente lineal, de modo que bajo una mayor carga disminuye el número de revoluciones del motor, aumentando la intensidad del motor. Sin embargo, también hay herramientas manuales eléctricas con motores con colector regulados. En éstos, generalmente, a través de un control por corte de onda, se mantiene constante el número de revoluciones del motor bajo carga creciente como, por ejemplo, en la herramienta eléctrica comercializada por el solicitante con el nombre comercial "Vario-Constamatik". Sin embargo, cuando la carga del motor excede cierto valor, ya no puede ser regulado por la electrónica de control y, en este caso, se produce inevitablemente la curva característica del motor no regulado.

También se conoce emplear en las llamadas herramientas eléctricas semiestacionarias, tales como sierras circulares de mesa, cepilladoras de mesa, máquinas para enderezar flejes, etc., un motor eléctrico asíncrono o un motor eléctrico síncrono que se hacen funcionar a una frecuencia constante de la tensión de excitación del motor. En particular, como frecuencia se selecciona la frecuencia de red, es decir, 50 hertzios en Europa y 60 hertzios en EE.UU. Por el documento DE29809768U1 se conoce una herramienta eléctrica semiestacionaria en forma de una sierra circular de mesa, con un motor eléctrico asíncrono o un motor eléctrico síncrono que, sin embargo, se hace funcionar usando un convertidor de frecuencia a una frecuencia constante de 300 a 400 hertzios, más elevada que la frecuencia de red. Por consiguiente, también aumenta correspondientemente el número de revoluciones del motor, y a continuación del motor de accionamiento está dispuesto un engranaje reductor.

En el documento DE19816684A1 se describe una herramienta manual eléctrica con un motor eléctrico sin escobillas de carbón, estando prevista tanto una unidad de equipos que comprende el motor de accionamiento y los componentes eléctricos del control de motor, necesarios directamente para su excitación, como una unidad de alimentación eléctrica externa separada.

Asimismo, por el documento DE19944194A1 se conoce un motor conmutable electrónicamente con protección contra sobrecargas.

La presente invención tiene el objetivo de proporcionar una herramienta eléctrica que presente una característica de rendimiento lineal como en un motor con colector, dotado de escobillas de carbón, sin precisar, sin embargo, de ningún sistema de escobillas de carbón de conmutador, susceptible al desgaste. El dispositivo de control de motor debe poder prescindir también de sensores complicados como, por ejemplo, sensores taquimétricos, sensores
Hall.

Este objetivo se consigue en una herramienta manual eléctrica del tipo mencionado, que se caracteriza por un convertidor de frecuencia controlable por el dispositivo de control de motor, mediante el cual se puede aplicar una tensión de (de excitación del) motor en el motor, y por un captador de intensidad que registra la intensidad del motor y que coopera con el dispositivo de control del motor, y porque el dispositivo de control del motor está configurado de tal forma que en una primera fase del funcionamiento del motor con intensidades de motor de hasta una intensidad límite I(_{\text{lím}}) se mantiene constante la frecuencia de la corriente del motor y porque en una segunda fase del funcionamiento del motor con cargas superiores a aquella carga a la que la intensidad del motor alcanza la intensidad límite I(_{\text{lím}}), la frecuencia de la corriente del motor se reduce de tal forma que la intensidad del motor se mantiene en un valor constante. Cuando anteriormente se ha hablado de una intensidad límite I(_{\text{lím}}), por ello ha de entenderse una intensidad de corriente de excitación que es inferior al punto de inversión, es decir, inferior a aquella intensidad de la corriente a la que el motor eléctrico se queda parado. Preferentemente, la intensidad límite se selecciona entre un 5 y 15% inferior a la intensidad de la corriente en el punto de inversión. En el caso de motores eléctricos fuertes, la intensidad límite I(_{\text{lím}}) puede situarse entre 15 y 20 A y, en el caso de motores eléctricos que resisten sólo cargas pequeñas, puede ser de 4 - 8 A.

Por lo tanto, hasta una carga correspondiente a la intensidad límite I(_{\text{lím}}), el motor de accionamiento se hace funcionar con una frecuencia F constante. De ello resulta una curva característica prácticamente horizontal del motor si el número de revoluciones N del motor se aplica en función de la carga o del par M prestado por el motor. Al aumentar la carga, es decir al aumentar el par M, el número de revoluciones N del motor disminuye sólo de forma insignificante, debido al llamado resbalamiento del motor eléctrico. Por tanto, este primer intervalo de funcionamiento corresponde, en principio, a la curva característica normal de un motor eléctrico síncrono o asíncrono no regulado bajo cargas a una distancia suficiente del llamado punto de inversión. Por otra parte, este intervalo de la curva característica corresponde también aproximadamente a la curva característica de un motor universal (motor excitado en serie) regulado por control de corte de onda, con un sistema de escobillas de carbón de conmutador.

Cuando la carga o el par prestado por el motor eléctrico corresponde a una magnitud I(_{\text{lím}}) determinada de la intensidad del motor, el motor de accionamiento se hace funcionar mediante el dispositivo de control de motor con una frecuencia variable, a saber, de tal forma que se mantenga constante la intensidad I del motor. Cuando aquí se habla de la intensidad del motor, se refiere a la intensidad de excitación del motor que corre por los bobinados del estator del motor. Por tanto, en este segundo intervalo de carga se regula una magnitud determinada de la intensidad I del motor variando la frecuencia. Según una variante ventajosa de la herramienta eléctrica, el dispositivo de control del motor está configurado de tal forma que la intensidad del motor se mantenga en el valor I(_{\text{lím}}) constante durante esta segunda fase.

Según otra forma de realización preferible de la invención, el dispositivo de control del motor está configurado de tal forma que la tensión aplicada en el motor (la tensión de excitación del motor) se mantenga también en un valor constante durante esta segunda fase. De manera ventajosa, el dispositivo de control del motor está configurado de tal forma que la tensión aplicada en el motor se mantenga durante la primera y la segunda fase en un valor constante, especialmente en el mismo valor.

Para la realización del procedimiento de regulación mencionado anteriormente se ha mostrado que resulta ventajoso que el captador de intensidad comprenda una resistencia shunt que se puede usar de manera ventajosa directamente como medio de medición de intensidad a través de una toma de tensión.

Asimismo, se ha mostrado que resulta ventajoso si, en función de la concepción del rendimiento necesario del motor, la magnitud de la intensidad límite
I(_{\text{lím}}) se seleccione entre 4 y 20 amperios, especialmente entre 10 y 15 amperios.

Asimismo, resulta conveniente que el convertidor de frecuencia y el dispositivo de control del motor, así como el captador de intensidad que registra la intensidad del motor estén configurados sobre una platina común y/o dispuestos en una caja de electrónica cerrada, pudiendo montarse así como módulo único.

Según otra configuración de la invención, es especialmente importante que el dispositivo de control de motor esté configurado de tal forma que durante una tercera fase del funcionamiento del motor, caracterizada porque, dado que la intensidad del motor ya no puede mantenerse constante sólo reduciendo la frecuencia de la corriente del motor si sigue aumentando la carga, se reduce también la tensión del motor. Es decir, cuando la regulación descrita anteriormente del motor llega a sus límites durante la segunda fase si sigue aumentando la carga, porque reduciendo aún más la frecuencia ya no es posible mantener constante la frecuencia de la corriente del motor, el motor llega a un límite de regulación. Según una variante de la invención se propone variar, en concreto reducir, tanto la frecuencia como la tensión del motor, con la consecuencia de una disminución, muy fuerte y notable para el usuario, del número de revoluciones del motor, de modo que el usuario note rápidamente que el motor está sufriendo una sobrecarga, pudiendo reducir la carga correspondientemente. De esta forma, se evita la inversión del motor.

Según otra variante de la idea de la invención, el control del motor puede estar configurado de tal forma que al alcanzar una tensión de motor U(_{\text{lím}}) durante la tercera fase, el motor se desconecte, o que en lugar de una conexión del motor se aplique una excitación residual en el motor, para que tras suprimir la carga, el motor pueda volver a arrancar automáticamente entrando en el funcionamiento de regulación normal.

Sin embargo, la invención se refiere también a un procedimiento para hacer funcionar una herramienta manual eléctrica con un motor eléctrico asíncrono o con un motor eléctrico síncrono sin escobillas y con un dispositivo de control de motor controlado por ordenador, con las características de la reivindicación 11. Algunas formas de realización preferibles de este procedimiento según la invención resultan de las reivindicaciones 12 a 18.

Con la herramienta manual eléctrica según la invención y realizando el procedimiento según la invención para hacer funcionar una herramienta eléctrica se puede obtener una característica del motor o una característica de rendimiento tal como un usuario de herramientas eléctricas con un sistema de conmutador dotado de escobillas de carbón las conoce por los llamados motores universales, pero sin emplear un sistema de escobillas de carbón de conmutador de este tipo, susceptible a los fallos. Por otro lado, resulta ventajoso que a pesar de usar motores eléctricos asíncronos o motores eléctricos síncronos sin escobillas, se puede evitar la "inversión" del motor habitual en este tipo de motores. El motor se hace funcionar siempre en un punto de funcionamiento óptimo para la carga existente en cada momento, mediante la elección de la frecuencia óptima.

Más características, detalles y ventajas de la invención resultan de las reivindicaciones adjuntas y el dibujo representado y la siguiente descripción de una forma de realización preferible de la invención. En el dibujo, muestran:

La figura 1 en representación esquemática, el circuito de una herramienta manual eléctrica según la invención.

La figura 2 un diagrama del motor aplicando el número de revoluciones del motor N encima del par de revoluciones del motor M.

La figura 1 muestra esquemáticamente la estructura fundamental del control de motor en una herramienta eléctrica según la invención. El motor 2, un motor eléctrico asíncrono o un motor eléctrico síncrono sin escobillas, está conectado a un convertidor de frecuencia 4 alimentado con tensión de red, del que recibe la tensión de alimentación del motor o la tensión de excitación del motor. El convertidor de frecuencia 4 está conectado a la red eléctrica 6 normal, por ejemplo, de 230 V/50Hz. Además, está previsto un dispositivo de control 8 de motor, accionado por microprocesador, que excita el convertidor de frecuencia 4 y que emite la determinación de la frecuencia de la tensión de excitación del motor, así como para la magnitud de la tensión de excitación del motor, al convertidor de frecuencia 4. Además, está previsto un captador de intensidad 10 en una línea de excitación correspondiente entre el convertidor de frecuencia 4 y el motor eléctrico 2. De manera ventajosa, se puede tratar de una resistencia shunt 12, mediante la cual a través de circuitos electrónicos de toma, no representados al ser conocidos de por sí, genera una magnitud correspondiente a la intensidad del motor, pudiendo introducirse el dispositivo de control 8 del motor como magnitud de entrada. El convertidor de frecuencia 4, el dispositivo de control 8 del motor, así como el captador de valor de intensidad 10 con el circuito no representado están dispuestos o alojados como módulo en una carcasa de máquina de la herramienta eléctrica sobre una platina común o en una carcasa electrónica, protegida contra la humedad.

La figura 2 muestra un diagrama del motor, estando aplicado el número de revoluciones del motor N como función del par M del motor, es decir, como función de la carga del motor eléctrico. Hasta una intensidad límite I(_{\text{lím}}), se mantienen constantes tanto la frecuencia de la tensión de excitación del motor como la magnitud de esta tensión. Por tanto, el motor eléctrico funciona con un número de revoluciones N a-
proximadamente constante en el área designada por I.

Si la intensidad excede del valor límite I(_{\text{lím}}) debido a una creciente carga, a través del dispositivo de control del motor se regula la frecuencia de la tensión de excitación del motor, de tal forma que se mantenga constante la intensidad del motor I, en concreto, preferentemente en el valor límite I(_{\text{lím}}) comprendido entre 10 y 20A, en particular entre 10 y 15 A y preferentemente, por ejemplo en un motor de amoladora angular, entre 12 y 14 A. A medida que aumenta la carga, por tanto, disminuyen la frecuencia de la tensión de excitación aplicada en el motor por el convertidor de frecuencia y, por consiguiente, también el número de revoluciones M del motor. Por lo tanto, se obtiene aproximadamente la característica de un motor con colector fuera del intervalo regulable. Por tanto, la herramienta eléctrica según la invención se comporta de la forma que el usuario acostumbra de los aparatos con motores universales, es decir que el número de revoluciones del motor disminuye sensiblemente a medida que aumenta la carga. Esta área está designada por II en la figura 2.

Si la carga sigue aumentando, al final del área II se alcanza el límite de la regulabilidad, lo que significa que la intensidad del motor ya no puede mantenerse constante sólo por la reducción de la frecuencia de la tensión de excitación del motor. Entonces, según una variante de la invención, se pueden reducir tanto la frecuencia como la tensión, para que la intensidad I del motor pueda seguir manteniéndose en el mismo nivel. Entonces, en este área designada por III del diagrama del motor, la curva característica desciende con una fuerte pendiente, es decir, el número de revoluciones N del motor disminuye muy fuertemente con la carga, de modo que el usuario notará fácilmente que el motor gira en un estado de sobrecarga, pudiendo reducir la carga de manera correspondiente. Por este control en el área III se evita la inversión del motor. Al alcanzar una tensión límite U(_{\text{lím}}), el motor se desconecta por razones de seguridad, ya que, en caso contrario, la intensidad del motor ya no se podría seguir manteniendo constante. Alternativamente, se puede mantener una pequeña excitación residual, de modo que, después de suprimir la carga, el motor pueda volver a arrancar lentamente y volver a alcanzar automáticamente el intervalo regulable.

Claims (18)

1. Herramienta eléctrica, en particular una herramienta manual eléctrica, con un motor eléctrico asíncrono (2) o con un motor eléctrico síncrono sin escobillas y con un dispositivo de control de motor (8) controlado por ordenador, caracterizada por un convertidor de frecuencia (4) controlable por el dispositivo de control del motor, mediante el cual se puede aplicar una tensión de (de excitación) del motor en el motor (2), y por un captador de intensidad (10) que registra la intensidad del motor y que coopera con el dispositivo de control (8) del motor, y porque el dispositivo de control (8) del motor está configurado de tal forma que en una primera fase del funcionamiento del motor, con intensidades del motor de hasta una intensidad límite I(_{\text{lím}}) se mantienen constantes la tensión aplicada en el motor y la frecuencia de la corriente del motor y porque en una segunda fase del funcionamiento del motor, con cargas superiores a aquella carga a la que la intensidad del motor alcanza la intensidad límite I(_{\text{lím}}) la tensión aplicada en el motor se mantiene constante y la frecuencia de la corriente del motor se reduce de tal forma que la intensidad del motor se mantiene en un valor constante.

2. Herramienta eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo de control (8) del motor está configurado de tal forma que la intensidad del motor se mantiene en el valor constante I(_{\text{lím}}) durante la segunda fase.

3. Herramienta eléctrica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el dispositivo de control (8) del motor está configurado de tal forma que la tensión aplicada en el motor se mantiene en el mismo valor durante la primera y la segunda fase.

4. Herramienta eléctrica según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el captador de intensidad (10) comprende una resistencia shunt (12).

5. Herramienta eléctrica según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el convertidor de frecuencia (4) y el dispositivo de control (8) del motor están alojados en la carcasa de la herramienta eléctrica.

6. Herramienta eléctrica según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la intensidad límite I(_{\text{lím}}) se selecciona entre 4 y 20 A, especialmente entre 10 y 15 A.

7. Herramienta eléctrica según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el convertidor de frecuencia (4) y el dispositivo de control (8) del motor están realizados sobre una platina común y/o dispuestos en una carcasa electrónica cerrada.

8. Herramienta eléctrica según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el dispositivo de control (8) del motor está configurado de tal forma que, durante una tercera fase del funcionamiento del motor que se caracteriza porque la intensidad del motor ya no puede mantenerse constante sólo reduciendo la frecuencia de la corriente del motor si sigue aumentando la carga, se reduce también la tensión del motor.

9. Herramienta eléctrica según la reivindicación 8, caracterizada porque el dispositivo de control (8) del motor está configurado de tal forma que al alcanzar una tensión de motor U(_{\text{lím}}) durante la tercera fase se desconecta el motor.

10. Herramienta eléctrica según la reivindicación 8, caracterizada porque el dispositivo de control (8) del motor está configurado de tal forma que, al alcanzar una tensión de motor U(_{\text{lím}}), durante la tercera fase, en lugar de la desconexión del motor, se aplica una excitación residual en el motor, para que el motor vuelva a arrancar automáticamente después de suprimir la carga.

11. Procedimiento para hacer funcionar una herramienta eléctrica, en particular una herramienta manual eléctrica con un motor eléctrico asíncrono o con un motor eléctrico síncrono sin escobillas y con un dispositivo de control de motor controlado por ordenador, caracterizado porque, durante una primera fase del funcionamiento del motor, bajo una carga baja con intensidades del motor de hasta una intensidad límite I(_{\text{lím}}) se mantienen constantes la tensión aplicada en el motor y la frecuencia de la corriente del motor y porque en una segunda fase del funcionamiento del motor, con cargas superiores a aquella carga con la que la intensidad del motor alcanza la intensidad límite I(_{\text{lím}}) la tensión aplicada en el motor se mantiene constante y la frecuencia de la corriente del motor se reduce de tal forma que la intensidad del motor se mantiene en un valor constante.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque la intensidad del motor se mantiene en el valor constante I(_{\text{lím}}) durante la segunda fase.

13. Procedimiento según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque la tensión aplicada en el motor se mantiene en un valor constante durante la segunda fase.

14. Procedimiento según la reivindicación 11, 12 ó 13, caracterizado porque la tensión aplicada en el motor se mantiene especialmente en el mismo valor constante durante la primera y la segunda fase.

15. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque la intensidad límite I(_{\text{lím}}) se selecciona entre 10 y 20 A, especialmente entre 10 y 15 A.

16. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque durante una tercera fase del funcionamiento del motor, que se caracteriza porque la intensidad del motor ya no puede mantenerse constante sólo reduciendo la frecuencia de la corriente del motor si sigue aumentando la carga, se reduce también la tensión del motor.

17. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado porque al alcanzar una tensión de motor U(_{\text{lím}}) durante la tercera fase se desconecta el motor.

18. Procedimiento según la reivindicación 16, caracterizado porque al alcanzar una tensión de motor U(_{\text{lím}}) durante la tercera fase, en lugar de la desconexión del motor se aplica una excitación residual en el motor, para que el motor vuelva a arrancar automáticamente después de suprimir la carga.