ES2303420B2 - Sistema de inversor para controlar un motor de induccion. - Google Patents
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Abstract
Se describe un sistema inversor para controlar un motor de inducción. El sistema inversor para controlar un motor de inducción comprende: un circuito rectificador para rectificar una tensión de CA trifásica y dar como salida una tensión de CC; un circuito suavizador para suavizar la tensión rectificada y dar como salida la misma; un controlador para detectar una tensión de enlace de CC del circuito suavizador, que determina un modo de fallo de potencia, un modo normal o un modo de restablecimiento de potencia según la tensión de enlace de CC detectada y el tiempo transcurrido predeterminado, y dar como salida una señal de impulso de tensión según el modo; y un inversor para convertir la tensión de CC que sale del circuito suavizador en una tensión de CA de frecuencia variable y tensión variable según la tensión extraída del controlador y dar como salida la tensión de CA convertida a fin de controlar el motor de inducción.
Description
Sistema de inversor para controlar un motor de
inducción.
La presente invención se refiere a un sistema
inversor para controlar un motor de inducción, y más en particular
a un sistema inversor con un control mejorado de un motor de
inducción en el momento de un fallo potencia y su recuperación.
En un sistema de motor controlado en regulación
por un sistema inversor, generalmente, el motor tiene las
características de una carga rotativa, y por tanto un sistema
mecánico del motor almacena una energía inercial. La energía
inercial E que tiene el sistema mecánico es la indicada en [Fórmula
1]:
- - - -[Fórmula
1]E = {^{1}/_{2}}\ J*\omega ^{2}
[J]
Donde \omega representa la velocidad angular
de rotación de un cuerpo en rotación tal como el rotor de un
motor y J representa un momento de inercia.
A continuación se describirá la construcción de
un sistema inversor convencional para controlar un motor de
inducción haciendo referencia a la Fig. 1.
Como se representa en la Fig. 1, un sistema de
motor de inducción que aplica un sistema inversor general
comprende: un sistema inversor 10; un motor de inducción IM
controlado en su regulación por recepción de potencia procedente del
sistema inversor 10; y una carga 13 conectada al motor de inducción
IM y accionada por el motor de inducción IM.
El sistema inversor 10 convierte una tensión
comercial trifásica de Corriente Alterna (en lo sucesivo
abreviada como AC) en una tensión trifásica de Corriente
Continua (en lo sucesivo abreviada como CC) por rectificación
y suavizado, e invierte esta tensión de CC en una tensión de
CA trifásica de frecuencia variable y tensión variable para
proporcionar la inducción al motor IM.
Entonces, el motor de inducción produce un par
de magnitud tal como la que se obtiene en la [Fórmula 2], y actúa
sobre la carga 13 por el par producido
- - - -[Fórmula
2]T_{m} = J(d\omega /dt) + B\omega + T_{L}\
[Nm]
Donde J representa un momento de inercia,
B representa un coeficiente de rozamiento, \omega representa la
velocidad angular de rotación de un cuerpo giratorio y
T_{L} representa un par de carga.
La Fig. 2 es un diagrama de bloques que muestra
una construcción detallada de un sistema inversor según la
técnica anterior,
Como se representa en la Fig. 2, el sistema
inversor según la técnica anterior comprende: un circuito 23
rectificador para rectificar una tensión de CA de una
fuente 21 de alimentación de potencia trifásica comercial;
un circuito suavizador 25 para suavizar el impulso de la tensión de
CC rectificada recibida del circuito rectificador 23 y obtener así
una corriente continua que tiene una magnitud constante para
proporcionarla; un inversor 11 para recibir la tensión de CC
obtenida del circuito suavizador 25 e invertirla en una tensión
de CA trifásica; un detector 27 de tensión para detectar una
tensión de enlace de CC procedente del circuito suavizador 25; y un
generador 29 de frecuencia para generar una señal de impulso de
tensión que tenga una frecuencia objetivo según la tensión de
enlace de CC detectada y sacar la señal de impulso de tensión
generada que tiene la frecuencia al inversor 11.
Aquí, se denomina tensión de enlace de CC a una
tensión de CC proporcionada por un circuito suavizador
25.
El detector 27 de tensión detecta una tensión de
enlace de CC procedente del circuito suavizador 25. Además, el
detector 27 de tensión determina si la tensión de enlace de CC
detectada es una baja tensión predeterminada. A continuación, el
detector 27 de tensión informa al generador 29 de frecuencia del
resultado de la determinación. Aquí, la magnitud de la
tensión baja se establece en forma diferente según una tensión de
entrada del inversor. Por ejemplo, si la tensión de entrada del
inversor es de 220 V, la tensión baja es de unos 200 V, y si
la tensión de entrada del inversor es 440 V, la baja tensión es de
unos 400 V.
\newpage
Si la tensión de enlace de CC detectada no es
una tensión baja, el generador 29 de frecuencia da como salida una
señal de impulso de tensión de frecuencia variable y tensión
variable según una velocidad objetivo del motor IM al inversor
11.
En este momento, el inversor 11 es conmutado por
la señal de impulso de tensión de frecuencia variable y tensión
variable procedente del generador 29 de frecuencia, invirtiendo de
esta manera la tensión de CC de salida del circuito suavizador 25
en una tensión de CA trifásica y aplicándola al motor de inducción
IM.
Por otra parte, si la tensión de enlace de CC
detectada es una tensión baja (por ejemplo, una tensión de fallo de
potencia), el generador 29 de frecuencia no genera en lo sucesivo
una señal de impulso de frecuencia variable y de tensión variable
según una velocidad objetivo, y así el inversor 11 no es capaz de
aplicar una potencia de control al motor de inducción IM.
Cuando la tensión de enlace de CC
detectada es una tensión baja (es decir, una tensión de fallo de
potencia), el motor de inducción IM produce un par calculado por la
ecuación de par de la [Fórmula 2] porque el motor de
inducción IM tiene una energía inercial aunque no haya sido
suministrada con una potencia de control. Por tanto, el motor
de inducción IM gira durante un tiempo predeterminado, es decir, un
tiempo para consumir la totalidad de la energía de inercia con una
carga de rozamiento y entonces se para aun cuando esté en un estado
carente de potencia.
Mientras tanto, en el caso de que el sistema
inversor esté operado normalmente, la frecuencia de la señal de
impulso de salida del generador 29 de frecuencia disminuye
gradualmente y de este modo la velocidad del motor de inducción IM
se hace "0".
Sin embargo, en el caso de un fallo de potencia
inesperado, el inversor 11 ya no da como salida una potencia de
control al motor de inducción IM, y el motor de inducción IM gira
por energía de inercia durante un tiempo predeterminado y luego se
para.
Es decir, cuando la tensión de enlace de CC se
hace inferior a una tensión baja debido a un fallo de potencia, se
corta la potencia que se introduce en el inversor, y en
consecuencia se corta la potencia de control del motor de inducción.
Aquí, el tiempo para cortar la salida (potencia de control) del
inversor 11 después de que la tensión de enlace de CC llegue a
estar por debajo de una tensión baja se determina por la cantidad
de carga y la capacitancia del condensador del circuito suavizador
25. Por ejemplo, en caso de una carga de par constante con respecto
a la carga nominal, el tiempo de corte es por ejemplo de 16
milisegundos, y en el caso de una carga de par variable con
respecto a una carga nominal, el tiempo de corte es por
ejemplo de 8 milisegundos.
Sin embargo, el sistema de inversor según la
técnica anterior no tiene medio alguno para almacenar un
valor de tensión de la señal de impulso de tensión de salida del
generador 29 de frecuencia que sacar finalmente en el momento de un
fallo de potencia. Por tanto, en el momento del restablecimiento de
la potencia al cabo de un fallo temporal de potencia de unos 8
milisegundos o de 16 milisegundos, el control del inversor,
según una frecuencia objetivo, se reinicia desde un control de
arranque, mientras que el motor de inducción IM no puede ser
controlado suavemente debido a que gira a una velocidad superior a
una velocidad predeterminada por la energía de inercia.
Además, en el sistema de motor de inducción
proporcionado con un dispositivo de control de inversor según la
técnica anterior, el motor de inducción continúa girando durante un
tiempo predeterminado aun cuando se corte la salida del inversor
debido a un fallo de potencia, lo cual puede causar un problema a
la seguridad de un usuario cuando el usuario accede al sistema de
motor de inducción sólo con la percepción del estado del inversor
(es decir, tanto si el inversor da salida como si no la da).
Por tanto, un objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema inversor para controlar un motor de
inducción el cual puede controlar en forma suave y segura el motor
de inducción en el momento en que se restablece la potencia después
de un fallo instantáneo de potencia, puesto que puede asegurarse con
el mismo la continuidad del control del motor de inducción cuando
se produce un fallo instantáneo de potencia debido a una accidente
de potencia en el sistema del motor de inducción.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema inversor para controlar un motor de
inducción el cual puede regenerar la energía de inercia del motor
de inducción para consumirla en el inversor en el momento del fallo
de potencia, y puede parar el funcionamiento del inversor, estando
parado el motor de inducción.
Para lograr los objetos anteriores, se
proporciona un sistema inversor para controlar un motor de
inducción, que comprende:
un circuito rectificador para rectificar una
Corriente Alterna procedente de una fuente de
alimentación de Corriente Alterna trifásica y que dé como salida
una Corriente Continua;
un circuito suavizador que está conectado al
circuito rectificador y para suavizar una tensión de salida
procedente del circuito rectificador;
un controlador para detectar una tensión de
enlace de CC del circuito suavizador, que determina un modo de
fallo de potencia, un modo normal o un modo de restablecimiento de
potencia según la tensión de enlace de CC detectada y el tiempo,
determinando el modo normal para sacar una señal de impulso de
tensión según una frecuencia objetivo si la tensión de enlace de CC
detectada es más alta o igual que una tensión normal de referencia
predeterminada, dando como salida una señal de impulso de tensión
que tiene una tensión menor que la tensión según la frecuencia
objetivo si la tensión de enlace de CC detectada es la misma o menor
tensión que una tensión predeterminada de fallo de potencia,
y dando como salida una señal de impulso de tensión según la
frecuencia finalmente extraída y almacenada en el momento del fallo
de potencia si la tensión de enlace de CC detectada es más alta que
la tensión de referencia predeterminada de fallo de potencia
y menor o igual que la tensión normal de referencia y cuando en el
modo de restablecimiento de potencia en el cual ha pasado un tiempo
de restablecimiento de potencia predeterminado; y
un inversor para controlar el motor de inducción
convirtiendo la tensión de Corriente Continua que sale del
circuito suavizador en una tensión de CA de frecuencia variable y
de tensión variable según la señal de impulso de tensión que sale
del controlador.
Los dibujos anexos, los cuales se incluyen para
proporcionar un entendimiento adicional de la invención y se
incorporan en la misma, constituyen una parte de esta
especificación, ilustran las realizaciones de la invención y junto
con la descripción sirven para explicar los principios de esta
invención.
En los dibujos:
la Fig. 1 es un diagrama de bloques que muestra
la construcción del sistema de un motor, carga e inversor
convencionales;
la Fig. 2 es un diagrama de bloques que muestra
un ejemplo de un sistema inversor para controlar un motor de
inducción según la técnica anterior;
la Fig. 3 es un diagrama de bloques que muestra
un sistema inversor para controlar un motor de inducción según una
realización de la presente invención;
la Fig. 4 es un gráfico que muestra un nivel de
tensión de una tensión de enlace de CC y un método de determinar un
modo de acuerdo con el mismo, según la realización de la presente
invención;
la Fig. 5 es un diagrama de bloques que muestra
una realización de una unidad de cálculo de tensión de
desvío de regeneración según la presente invención;
la Fig. 6 es un diagrama de flujo que muestra un
método de control de un sistema inversor para controlar un motor de
inducción según la realización de la presente invención;
la Fig. 7(a) es un gráfico que muestra el
resultado de un experimento realizado en un método de control de un
sistema de motor de inducción según la presente invención; y
la Fig. 7(b) es un gráfico que muestra el
resultado de un experimento realizado en un método de control de un
sistema de motor de inducción según la técnica anterior.
La Fig. 3 es un diagrama de bloques que muestra
un sistema inversor para controlar un motor de inducción según una
realización de la presente invención. Haciendo referencia a la Fig.
3, se describirá a continuación la construcción de la presente
invención.
El sistema inversor para controlar un motor de
inducción según la presente invención comprende: un circuito 23
rectificador para rectificar una tensión de Corriente Alterna
(abreviada en lo sucesivo como CA) procedente de una fuente
21 de potencia de CA trifásica y que de cómo salida una tensión
de Corriente Continua (abreviada en lo sucesivo como
CC); un circuito suavizador 25 que está conectado al circuito
rectificador y para suavizar una tensión de salida procedente del
circuito rectificador 23 y para proporcionar la misma; un
controlador 30 para detectar una tensión de enlace de CC del
circuito suavizador 25, determinando un modo de fallo de potencia,
un modo normal o un modo de restablecimiento de potencia según la
tensión de enlace de CC detectada y el tiempo, determinando el modo
normal para sacar una señal de impulso de tensión según una
frecuencia objetivo si la tensión de enlace de CC es mayor o igual
que una tensión normal de referencia predeterminada, dando como
salida una señal de impulso de tensión que tiene una tensión menor
que la tensión según la frecuencia objetivo en una tensión de
desvío de regeneración obtenida por cálculo si la tensión de enlace
de CC detectada es la misma o menor que una tensión de referencia
de fallo de potencia predeterminada, y dando como salida una
señal de impulso de tensión según la frecuencia finalmente extraída
y almacenada en el momento de fallo de potencia si la tensión de
enlace de CC detectada es más alta que la tensión de referencia de
fallo de potencia predeterminada y menor que la tensión de
referencia normal o igual a ella y cuando en el modo de restauración
de potencia en el cual ha pasado un tiempo de restablecimiento de
potencia predeterminado; y un inversor 11 para controlar el motor
de inducción IM convirtiendo la tensión de CC que sale del circuito
suavizador 25 en una tensión de CA de frecuencia variable y tensión
variable según la señal de impulso de tensión que sale del
controlador 30.
La fuente 21 de potencia de CA trifásica
es una fuente de potencia de CA comercial y proporciona una
tensión, por ejemplo, de 220 V CA o de 440 V CA.
El circuito rectificador 23 es un circuito
rectificador común que comprende un diodo. El circuito suavizador
puede estar comprendido por un condensador para suavizar una
tensión de CC de un impulso que sale del circuito rectificador 23 y
convertirla en una tensión de CC constante.
El inversor 11 puede estar comprendido por un
circuito inversor común dotado de un par de dispositivos
conmutadores de control de pórtico por cada fase, y con control
de frecuencia de conmutación y de tensión por la señal de
impulso de tensión procedente del controlador 30.
Aquí el controlador 30 comprende: un detector 31
de tensión para detectar la tensión de enlace de CC procedente del
circuito suavizador 25 y dar como salida la tensión de enlace de CC
detectada; una unidad 32 de determinación de modo que está
conectada al detector 31 de tensión y para determinar un modo de
fallo de potencia, un modo normal o un modo de restablecimiento de
potencia según la tensión de enlace de CC procedente del detector
31 de tensión y un tiempo transcurrido; un temporizador 34 para
proporcionar el tiempo transcurrido a la unidad 32 de determinación
de modo; un generador 39 de frecuencia para proporcionar una señal
de impulso de tensión según una frecuencia objetivo en base a una
frecuencia objetivo predeterminada, tiempo de aceleración y
tiempo de deceleración; una unidad 33 de cálculo de la tensión de
desvío de regeneración y que proporciona la misma si la unidad 32
de determinación de modo determina un modo de fallo de potencia; un
proveedor 37 de valor inicial para almacenar datos de una señal de
impulso de tensión final de salida del generador 39 de frecuencia
si la unidad de determinación de modo determina el modo de fallo de
potencia y para proporcionar al generador 39 de frecuencia datos de
una señal de impulso de tensión final de salida como un valor
inicial en el momento del restablecimiento de la potencia si la
unidad de determinación de modo determina el modo de
restablecimiento de potencia; y un restador para restar el
valor de la tensión de desvío de regeneración extraído del
calculador 33 de la tensión de desvío de regeneración del valor de
la señal de impulso de tensión extraído del generador 39 de
frecuencia.
Aquí el detector 31 de tensión puede comprender
un transformador de tensión para detectar las tensiones a
través del condensador del circuito suavizador 25 y
proporcionar estos valores.
Si la tensión de enlace de CC detectada es mayor
o igual que la tensión de referencia normal predeterminada y
almacenada, la unidad 32 de determinación de modo determina el modo
normal, y si la tensión de enlace de CC detectada es la misma o
menor que la tensión de referencia de fallo de potencia
predeterminada y almacenada, determina el modo de fallo de
potencia. Y si la tensión de enlace de CC detectada es mayor que la
tensión de referencia de fallo de potencia y menor o igual que la
tensión normal de referencia y ha pasado el tiempo de
restablecimiento de potencia predeterminado, la unidad 32 de
determinación de modo determina el modo de restablecimiento de
potencia. La unidad 32 de determinación de modo puede comprender un
microprocesador que incluye una ROM (Memoria de Lectura
Únicamente) que almacena un programa para comparar
sustancialmente los valores de las tensiones de referencia y/o del
tiempo de restablecimiento de potencia y dar una instrucción
definida de determinación de modo según el resultado de
comparación y una Unidad Central de Proceso (en lo sucesivo
abreviada como CPU) que procesa este
programa.
programa.
El temporizador 34 puede comprender una variedad
de medios, tales como un reloj de sistema en el
microprocesador, un generador de impulsos o un contador
de impulsos, los cuales son controlados por la unidad 32 de
determinación de modo para proporcionar un tiempo
transcurrido.
La unidad 33 de cálculo de la tensión de desvío
de regeneración se describirá a continuación con más detalle
haciendo referencia a la Fig. 5.
El proveedor 37 de valor inicial almacena datos
de la señal de impulso de tensión de salida del generador 39 de
frecuencia, y cuando la unidad 32 de determinación de modo
determina el modo de restablecimiento de potencia, proporciona
datos finalmente almacenados como los datos de la señal de impulso
de tensión de salida del generador 39 de frecuencia cuando se
produce un fallo de potencia como un valor inicial en el momento
del restablecimiento de potencia al generador 39 de frecuencia
según la instrucción de la unidad 32 de determinación de modo.
Esta configuración sustancial del proveedor 37 de valor inicial
puede ser efectuada, por ejemplo, mediante una RAM (Memoria de
Acceso Aleatorio), y puede ser efectuada de tal manera que
proporcione datos de la señal de impulso de tensión de salida del
generador 39 de frecuencia según la instrucción de la CPU por
medio del programa cuando se produce un fallo de potencia.
El generador 39 de frecuencia puede estar
constituido fundamentalmente por un microprocesador y un generador
de impulsos para generar un impulso cuya frecuencia esté controlada
por el microprocesador de tal manera que pueda dar como salida una
señal de impulso de tensión correspondiente a una frecuencia
objetivo predeterminada y almacenada, un tiempo de aceleración y un
tiempo de deceleración según una velocidad objetivo del motor de
inducción IM.
El restador 35 es un medio de la etapa
final de control del controlador 30 que puede ser efectuado
sustancialmente por un microprocesador, y resta el valor de una
tensión de desvío de regeneración sacado de la unidad 33 de cálculo
de la tensión de desvío de regeneración del valor de la tensión de
la señal de impulso de tensión que da como salida el generador 39
de frecuencia para proporcionar el resultado al inversor 11.
En lo sucesivo se describirá en detalle el
funcionamiento del sistema inversor para controlar un motor de
inducción según la presente invención haciendo referencia a las
Figs. 4 y 5.
La tensión de referencia de fallo de potencia y
la tensión de referencia normal haciendo referencia a la Fig. 3 se
indican por "B" y "D" en la Fig. 4, y se define una
tensión mayor que la tensión de referencia de fallo de potencia y
menor que la tensión de referencia normal o igual a la misma se
define como una tensión de referencia de restablecimiento de
potencia y se designa por la notación C.
En la Fig. 4, la notación T indica un tiempo
transcurrido durante el cual la tensión de enlace de CC detectada
por el detector 31 de tensión corresponde a la tensión de
referencia de restablecimiento C.
En la Fig. 4, la notación E es una tensión menor
que la tensión de referencia de fallo de potencia B. Esta tensión
es una tensión de actuación de baja tensión, es decir, una tensión
de referencia a la cual actúa un interruptor (no representado) al
detectar una tensión baja para interrumpir la potencia de
alimentación desde la fuente 21 de potencia de CA
trifásica.
La notación de referencia A es una tensión de
enlace de CC virtual para mostrar que una tensión de enlace de CC
detectada por el detector 31 de tensión disminuye finalmente a cero
si continúa el fallo de potencia.
Como se representa en la Fig. 4, si la tensión
de enlace de CC detectada es mayor o igual que una tensión D de
referencia normal predeterminada y almacenada, la unidad 32 de
determinación de modo determina el modo normal, y si la tensión de
enlace de CC detectada es la misma o menor que la tensión D de
referencia de fallo de potencia predeterminada y almacenada
determina el modo de fallo de potencia. Y, como se representa en la
Fig. 4, si la tensión de enlace de CC detectada se corresponde a
una tensión C de restablecimiento de potencia que es mayor que la
tensión B de referencia de fallo de potencia predeterminada y menor
que la tensión D de referencia normal o igual a la misma, y ha
pasado un tiempo de restablecimiento de potencia predeterminado, la
unidad 32 de determinación de modo determina el modo de
restablecimiento de potencia. Aquí, en el modo normal, funciona
normalmente el sistema inversor de esta invención. En el modo de
fallo de potencia, el controlador 30 resta un valor de tensión de
desvío de regeneración calculado 33 de un valor de la tensión de
según una frecuencia objetivo proporcionada al inversor 11, es
decir, de una señal de impulso de tensión de tal manera que la
tensión de regeneración (energía de regeneración) del motor de
inducción IM girando por inercia durante un tiempo predeterminado
incluso después de un fallo de potencia pueda ser consumida en el
inversor 11. Es decir, conforme la tensión del inversor 11 se hace
más baja que la tensión de regeneración del motor de inducción IM,
la energía de regeneración del motor de inducción IM se mueve hacia
el inversor 11 y se convierte en una energía eléctrica que es
consumida. En el modo de restablecimiento de potencia, el
controlador 30 del sistema inversor según la presente invención
reinicia continuamente el control del motor de inducción según una
frecuencia objetivo final almacenada en el momento de fallo de
potencia en el proveedor 37 de valor inicial, con lo cual se
asegura la continuidad del control.
Haciendo referencia a la Fig. 5 se describirá
una construcción detallada de la unidad 33 de cálculo de la tensión
de desvío de regeneración.
Como se representa en la Fig. 5, la unidad 33 de
cálculo de la tensión de desvío de regeneración incluye un restador
51 y un controlador 53 de integración proporcional (en lo sucesivo
abreviado como PI).
El restador 51 da como salida una tensión
diferencial obtenida restando una tensión de enlace de CC detectada
del detector 31 de tensión de una tensión B de referencia de fallo
de potencia predeterminada sólo cuando existe una señal acorde con
la determinación del modo de fallo de potencia de la unidad 32 de
determinación de modo. Aquí, la entrega como salida de la tensión
de diferencia por el restador 51 sólo cuando existe una señal
acorde con la determinación del modo de fallo de potencia de la
unidad 32 de determinación de modo se puede efectuar
realmente conectando un interruptor (no representado) entre la
unidad 32 de determinación de modo y el restador 51 y
cerrando el interruptor en respuesta a una señal de control acorde
con la determinación del modo de fallo de potencia de la unidad 32
de determinación de modo. Además, también es posible una aplicación
de software por la cual una configuración de este tipo y el
funcionamiento del interruptor sean procesados por una CPU
(no representada) usando un programa.
El controlador 53 de PI recibe como entrada una
tensión de diferencia que sale del restador 51, y contiene una
tensión de desvío de regeneración por integración proporcional de
la tensión de diferencia de entrada y da como salida esta tensión de
desvío de regeneración.
Cuando la unidad 32 de determinación de modo
determina que un estado de alimentación de potencia al sistema
de motor de inducción está en el modo de fallo de potencia, la
energía de inercia (acúdase a la [Fórmula 1]) del motor de inducción
IM que no se para inmediatamente es regenerada al inversor
11. Es decir, cuando el modo del sistema de motor de inducción sea
el modo de fallo de potencia, la unidad 33 de cálculo de la tensión
de desvío de regeneración da como salida una tensión de desvío de
regeneración, es decir, una tensión de desvío mayor que 0, de manera
que la energía inercial pueda ser convertida en energía
eléctrica y regenerada al inversor 11 porque la tensión del
inversor 11 es inferior a la tensión del motor de inducción IM. La
tensión de desvío de regeneración que da como salida la unidad 33 de
cálculo de la tensión de desvío de regeneración se introduce en el
restador 35, y el restador 35 resta la tensión de desvío de
regeneración del valor de la tensión de una señal de impulso de
tensión según una frecuencia objetivo extraída del generador 39 de
frecuencia y proporciona el resultado al inversor 11. De este modo,
la tensión del inversor 11 es inferior a la tensión del motor de
inducción IM. Por tanto, cuando el sistema del motor de inducción
está en el modo de fallo de potencia, la energía de inercia del
motor de inducción es convertida en energía eléctrica y consumida
por el inversor 11.
Haciendo referencia a la Fig. 6 se describirá
con detalle una operación de control del sistema inversor así
construido para controlar un motor de inducción según la presente
invención.
La Fig. 6 es un diagrama de flujo que muestra
una operación de control de un sistema inversor para controlar un
motor de inducción según la realización de la presente
invención.
Cuando se inicia la operación de control, el
detector de tensión 31 detecta en primer lugar una tensión de
enlace de CC del circuito suavizador 25 en la etapa 611. A
continuación, la rutina pasa a la etapa 613, y la unidad 32 de
determinación de modo compara la tensión de enlace de CC detectada
con una tensión B de referencia de fallo de potencia
predeterminada.
En la etapa 615, si la tensión de enlace
de CC detectada es menor o igual que la tensión B de referencia de
fallo de potencia predeterminada según el resultado de la
comparación, la unidad 32 de determinación de modo determina el modo
de fallo de potencia.
En la etapa 617, la unidad 33 de cálculo
de la tensión de desvío de regeneración calcula y obtiene una
tensión de desvío de regeneración en base a una diferencia entre la
tensión B de referencia de fallo y la tensión de enlace de CC
detectada de manera que la energía inercial del motor de inducción
IM del sistema de motor de inducción puede ser regenerada al
inversor 11. El restador 35 resta la tensión de desvío de
regeneración obtenida del valor de la tensión de la señal de
tensión de impulso de salida del generador 39 de frecuencia para
proporcionar el resultado al inversor 11. Aquí, se obtiene la
tensión de desvío de regeneración por integración proporcional de
la tensión de diferencia entre la tensión de referencia de fallo de
potencia predeterminada y la tensión de enlace de CC detectada.
Sacando al inversor 11 la tensión obtenida para hacer que la
tensión del inversor 11 sea menor que la tensión del
motor de inducción IM, el motor de inducción IM es capaz de
convertir la energía inercial en energía eléctrica después de un
fallo de potencia para que sea consumida por el inversor 11, y el
funcionamiento del inversor 11 también se detiene después de que
para el motor de inducción IM.
En la etapa 613, si la tensión de enlace de CC
detectada es mayor que la tensión B de referencia de fallo de
potencia según el resultado de la comparación, la rutina pasa a la
etapa 619, y la unidad 32 de determinación de modo compara la
tensión de enlace de CC detectada con la tensión D de referencia
normal.
Si la tensión de enlace de CC detectada es la
misma o mayor que la tensión D de referencia normal según el
resultado de la comparación, la unidad 32 de determinación de modo
determina el modo normal en la etapa 621. En este momento,
el motor de inducción IM está siendo controlado normalmente a través
del inversor 11 sólo por la tensión de salida del generador 39 de
frecuencia según una frecuencia objetivo en un estado en el que no
hay tensión de desvío de regeneración.
En la etapa 619, si la tensión de enlace de CC
detectada es la mayor que la tensión B de referencia de fallo de
potencia y menor que la tensión D de referencia normal según el
resultado de la comparación, la rutina pasa a la etapa 623, y el
temporizador 34 cuenta un tiempo (en lo sucesivo "tiempo de
restablecimiento de potencia") durante el cual la tensión de
enlace de CC detectada es mayor que la tensión B de
referencia de fallo de potencia y menor que la tensión de referencia
normal.
En la etapa 625, la unidad 32 de determinación
de modo compara si el tiempo de restablecimiento de potencia
contado es mayor o igual que el tiempo de referencia de
restablecimiento de potencia predeterminado (véase la notación de
referencia T de la Fig. 4).
En la etapa 624, si el tiempo de
restablecimiento de potencia contado es mayor o igual que el tiempo
de referencia de restablecimiento de potencia predeterminado, la
unidad 33 de cálculo de la tensión de desvío de regeneración calcula
una tensión de desvío de regeneración en base al valor de la
diferencia entre la tensión de enlace de CC detectada y la tensión
B de referencia de fallo de potencia.
En la etapa 629, la unidad 32 de determinación
de modo determina si la tensión de desvío de regeneración
calculada a partir de la unidad 33 de cálculo de la tensión de
desvío de regeneración es mayor de 0 (número positivo).
Si la tensión de desvío de regeneración obtenida
en la etapa 629 es mayor de 0, la unidad 32 de determinación de
modo determina el modo de fallo de potencia en la etapa 631. La
tensión de desvío de regeneración calculada según la determinación
de la unidad 32 de determinación de modo se da como salida al
restador 35, y el restador 35 resta la tensión de desvío de
regeneración de la tensión según una frecuencia objetivo del
generador 39 de frecuencia para dar como salida el resultado al
inversor 11. Como resultado, la tensión del motor de inducción IM
se hace más alta que la tensión del inversor 11, y la energía
inercial del motor de inducción IM se convierte en energía
eléctrica, regenerada al inversor 11 y consumida por el inversor
11.
Si la tensión de desvío de regeneración obtenida
no es mayor de 0 (es decir, la tensión de desvío de regeneración
obtenida es 0), la unidad 32 de determinación de modo determina el
modo de restablecimiento de potencia y da una orden de proporcionar
un valor de instrucción de tensión final del generador 39 de
frecuencia en el modo normal inmediatamente antes de un fallo de
potencia, es decir, un valor de tensión según una señal final de
impulso de tensión, el cual está almacenado en el proveedor 37 de
valor inicial en la etapa 635. Por consiguiente, en la etapa 637, el
generador de frecuencia 30 proporciona el valor de la instrucción
de tensión final en el modo normal inmediatamente antes del fallo
de potencia, es decir, el valor de la tensión según la señal de
impulso de tensión final, como una tensión de restablecimiento de
potencia al inversor 11 a través del restador 35. Por tanto, se
vuelve a arrancar el motor de inducción IM por la tensión final en
el modo normal inmediatamente antes del fallo de potencia, con lo
cual se alcanza rápidamente una velocidad objetivo sin bajar el par
y asegurando la continuidad del control suave.
Las Fig. 7(A)y Fig. 7(B)
son diagramas de forma de onda que muestran el resultado de un
experimento de conectar el sistema inversor según la presente
invención y el sistema inversor según la técnica anterior,
respectivamente, al motor de inducción.
Aquí, la Fig. 7(A) es una vista que
nuestra un cambio en la velocidad del motor de inducción IM y la
tensión de enlace de CC cuando se produce un fallo de potencia en
el sistema de control de motor de inducción que aplica el sistema
inversor según la presente invención. La Fig. 7(B) es una
vista que nuestra un cambio en la velocidad del motor de inducción
IM y la tensión de enlace de CC cuando se produce un fallo de
potencia en el sistema de control del motor de inducción que aplica
el sistema inversor según la técnica anterior.
Como se representa en la Fig. 7(A), en el
sistema de control de motor de inducción según la presente
invención, se puede encontrar que cuando se produce un fallo de
potencia, la velocidad (a) del motor de inducción IM disminuye
gradualmente en forma lineal y la tensión (b) de enlace de CC
mantiene un nivel constante por la tensión de regeneración del
motor de inducción IM. Naturalmente, el condensador dentro del
circuito suavizador 25 se descarga después de una parada del sistema
por la cual se detiene el motor de inducción IM, disminuyendo con
ello la tensión de enlace de CC a cero. Por otra parte, en el
sistema de control de motor de inducción según la técnica
anterior, como se muestra en la Fig. 7(B), se puede
encontrar que la velocidad (c) del motor de inducción IM y la
tensión de enlace de CC (d) disminuyen no linealmente sino en forma
irregular. Como se muestra en el diagrama de forma de onda, en el
sistema de control del motor de inducción que aplica el sistema
inversor según la presente invención, el control de parada del motor
se puede efectuar suavemente y se puede mantener la tensión de
enlace de CC durante un tiempo predeterminado. Subsiguientemente,
en el caso de un fallo instantáneo de potencia en el cual la
potencia falle instantáneamente y es restablecida a continuación, la
tensión de suministro del inversor se puede asegurar rápidamente y
así realizar suavemente en forma lineal y continua el control del
motor. Por otra parte, en el sistema de control del motor de
inducción que aplica el sistema inversor según la técnica
anterior, es obvio que el motor se para irregularmente, y por
tanto esto tiene un efecto adverso en la carga accionada por el
motor. Además, como la tensión de enlace de CC también disminuye
agudamente, lleva más tiempo para el sistema inversor según la
técnica anterior restablecer la tensión de alimentación de
potencia en el momento del restablecimiento de potencia después del
fallo de potencia instantáneo que el sistema inversor de la
presente invención realiza, y también es imposible para el mismo
controlar lineal y continuamente el motor.
Como se describió anteriormente en detalle, en
el sistema inversor según la presente invención, el funcionamiento
de inversor se para con la parada del motor controlando la energía
inercial del motor de inducción de tal manera que se regenere y
consuma a través del inversor cuando se produce un fallo de
potencia, con lo cual se garantiza la seguridad del usuario.
Además, en el sistema de inversor según la
presente invención, en el caso de un restablecimiento de potencia
después de un fallo de potencia instantáneo temporal, se puede
controlar el motor de inducción continuamente.
Como la presente invención puede ser realizada
en diversas formas sin apartarse del espíritu o de las
características esenciales de la misma, debería entenderse que las
realizaciones anteriormente descritas no se limitan por cualquiera
de los detalles de la descripción precedente, salvo que se
especificara otra cosa, sino que más bien debería ser tomada en
consideración ampliamente dentro de su espíritu y objeto como se
define en las reivindicaciones anexas, y por tanto, todos los
cambios y modificaciones que caigan dentro de las metas y límites
de las reivindicaciones, o la equivalencia de dichas metas y
límites, están por tanto destinados a ser cubiertos por las
reivindicaciones anexas.
Claims (3)
1. Un sistema inversor para controlar un motor
de inducción, que comprende:
un circuito rectificador para rectificar una
Corriente Alterna procedente de una fuente de alimentación de
Corriente Alterna trifásica y dar como salida una Corriente
Continua;
un circuito suavizador que está conectado al
circuito rectificador y para suavizar una tensión de salida
procedente del circuito rectificador;
un controlador para detectar una tensión de
enlace de CC del circuito suavizador, que determina un modo de
fallo de potencia, un modo normal o un modo de restablecimiento de
potencia según la tensión de enlace de CC detectada y el tiempo,
determinando el modo normal para sacar una señal de impulso de
tensión según una frecuencia objetivo si la tensión de enlace de CC
es superior o igual que una tensión normal de referencia
predeterminada, dando como salida una señal de impulso de tensión
que tiene una tensión menor que la tensión según la frecuencia
objetivo si la tensión de enlace de CC detectada es la misma o menor
que una tensión de referencia de fallo de potencia predeterminada,
y dando como salida una señal de impulso de tensión según la
frecuencia finalmente extraída y almacenada en el momento de fallo
de potencia si la tensión de enlace de CC detectada es más alta que
la tensión de referencia de fallo de potencia y menor o igual que la
tensión normal de referencia y cuando en el modo de
restablecimiento de potencia en el cual ha pasado un tiempo de
restablecimiento de potencia predeterminado; y
un inversor para controlar el motor de inducción
convirtiendo la tensión de Corriente Continua que sale del circuito
suavizador en una tensión de CA de frecuencia variable y de tensión
variable según la señal de impulso de tensión que sale del
controlador.
2. El sistema inversor de la reivindicación 1,
en el que el controlador comprende:
un detector de tensión para detectar la tensión
de enlace de CC del circuito suavizador y dar como salida la
tensión de enlace de CC detectada;
una unidad de determinación de modo que está
conectada al detector de tensión y para determinar el modo de fallo
de potencia, un modo normal o un modo de restablecimiento de
potencia según la tensión de enlace de CC del detector de tensión y
un tiempo transcurrido;
un temporizador para proporcionar el tiempo
transcurrido a la unidad de determinación de modo;
un generador de frecuencia para proporcionar una
señal de impulso de tensión según una frecuencia objetivo en base a
una frecuencia objetivo predeterminada, tiempo de aceleración y
tiempo de deceleración;
una unidad de cálculo de la tensión de desvío de
regeneración para calcular una tensión de desvío de regeneración y
proporcionar la misma si la unidad de determinación de modo
determina un modo de fallo de potencia;
un proveedor de valor inicial para almacenar
datos de una señal de impulso de tensión final de salida del
generador de frecuencia si la unidad de determinación de modo
determina el modo de fallo de potencia y para proporcionar la señal
de impulso de tensión final de salida almacenada como un valor
inicial en el momento del restablecimiento de la potencia si la
unidad de determinación de modo determina el modo de
restablecimiento de potencia; y
un restador para restar el valor de la tensión
de desvío de regeneración extraído de la unidad de cálculo del
valor de la tensión de la señal de impulso de tensión extraído del
generador de frecuencia.
3. El sistema inversor de la reivindicación 2,
en el que la unidad de cálculo de la tensión de desvío de
regeneración comprende:
un restador para dar como salida una tensión de
diferencia entre una tensión de referencia de fallo de potencia
predeterminada y la tensión de enlace de CC detectada; y
un controlador de integración proporcional para
dar como salida una tensión de desvío de regeneración por
integración proporcional de la tensión de diferencia de salida.
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