ES2316661T3 - Procedimiento y aparato para comprobar un convertidor. - Google Patents
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Abstract
Método para la comprobación de un convertidor, en el que se activan selectivamente elementos de conmutación individuales (2) del convertidor (1), con las siguientes etapas: (a) exposición de una entrada de control (PWM1, PWM2, PWM3) de cada fase del convertidor (1) a un patrón de control (PWM), (b) detección de un patrón de tensión (M) que se presenta en una conexión de motor (M1, M1, M3) del convertidor (1) por una única línea de comprobación (6) acoplada de forma capacitiva a todas las conexiones de motor (M1, M2, M3). (c) comparación del patrón de control (PWM) aplicado en la etapa (a) con el patrón de tensión (M) detectado en la etapa (b) para cada fase. (d) detección de un error en el convertidor (1) con desviación del patrón de tensión (M) detectado en la conexión de motor (M1, M2, M3) del patrón de tensión (M) esperado debido al patrón de control (PWM) aplicado en la entrada de control (PWM1, PWM2, PWM3).
Description
Procedimiento y aparato para comprobar un
convertidor.
Método para la comprobación de un
convertidor.
La invención se refiere a un método para la
comprobación de un convertidor. Tales métodos sirven para localizar
en el caso de un error la fuente del error. Adicionalmente, la
invención se refiere a un dispositivo correspondiente.
En máquinas herramienta modernas se usan
accionamientos eléctricos para mover de forma controlada diferentes
piezas de máquinas. De este modo, los accionamientos axiales sirven
para que los ejes individuales de la máquina herramienta se muevan
a las posiciones requeridas, los accionamientos de huso sirven para
el movimiento giratorio de una herramienta como un cabezal de
fresado o una perforadora. Un Control Numérico transforma para esto
los movimientos predeterminados en el programa de piezas en valores
teóricos de posición, que se transfieren a una unidad de regulación
compuesta por regulador de posición, de revoluciones y de corriente.
En el regulador de corriente se generan valores teóricos de tensión
para fases de motor individuales, que se transforman por un
convertidor por la denominada modulación de amplitud de pulso. En el
convertidor, para esto, las fases del motor están unidas por
respectivamente dos elementos de conmutación con la tensión de
alimentación positiva y la negativa. Los conmutadores se conmutan
de forma adecuada de acuerdo con el patrón de la modulación de
amplitud de pulso para generar en cada fase de un motor el potencial
de tensión requerido, que se necesita para conseguir los valores
teóricos de corriente.
En un sistema construido de forma compleja de
este modo existen numerosas fuentes de errores que pueden conducir
a un comportamiento erróneo. Por tanto se conocen métodos con los
que se puede detectar un error de este tipo.
De tal forma, el documento EP 0 848 492 A1
describe un método para la detección de un comportamiento erróneo
en un sistema de accionamiento del tipo que se ha descrito
anteriormente. Para esto se someten de forma selectiva fases
individuales del motor a una corriente teórica. En el caso de que no
se alcance la corriente teórica predeterminada, se deduce que hay
un error en el sistema. Es desventajoso en este método que después
de la detección de un error no está claro dónde se sitúa el error.
No se puede diferenciar entre un error en el convertidor y, por
ejemplo, un cortocircuito o una interrupción de línea en el exterior
del convertidor. Por lo tanto, existe un requerimiento de métodos
especiales con los que se pueda comprobar la capacidad de
funcionamiento de componentes individuales, particularmente del
convertidor.
El documento EP 0 534 362 A2 describe un método
para la comprobación de un convertidor, en el que se activan
selectivamente elementos de conmutación individuales del
convertidor, con las siguientes etapas:
(a) sometimiento de una entrada de control de
cada fase del convertidor a un patrón de control,
(b) detección de un patrón de tensión que se
presenta en una conexión de motor del convertidor
(c) detección de un error en el convertidor con
desviación del patrón de tensión detectado en la conexión de motor
del patrón de tensión esperado debido al patrón de control aplicado
en la entrada de control, así como un dispositivo
correspondiente.
Es objetivo de la invención indicar un método
sencillo y un dispositivo, con los que se pueda comprobar un
convertidor con respecto a su capacidad de funcionamiento.
Este objetivo se resuelve mediante un método o
un dispositivo con las características de las reivindicaciones
independientes 1 y 5. Se obtienen detalles ventajosos a partir de
las reivindicaciones dependientes.
A continuación se propone un método para la
comprobación de un convertidor, con el que se puede comprobar el
convertidor con respecto a su capacidad de funcionamiento.
En una primera etapa se activan selectivamente
elementos de conmutación individuales del convertidor, sometiendo
la entrada de control de cada fase del convertidor a un patrón de
control. En la siguiente etapa se detecta el patrón de tensión que
se presenta en las conexiones de motor del convertidor para cada
fase. Además se compara el patrón de control aplicado con el patrón
de tensión detectado para cada fase. Con desviación de un patrón de
tensión determinado en la conexión de motor del patrón de tensión
esperado debido al patrón de control aplicado en la entrada de
control se detecta un error en el convertidor.
Ya que en la conexión de motor de cada fase hay
tensiones muy elevadas, estas conexiones tienen que estar separadas
galvánicamente del equipo que realiza la comprobación. Esto se
resuelve ventajosamente de manera particularmente sencilla
acoplando las líneas de comprobación de forma capacitiva con las
conexiones de motor. Para esto puede ser suficiente colocar las
líneas de comprobación solamente en proximidad de las conexiones de
motor. Además, con el método descrito es posible detectar todas las
fases del convertidor con solamente una única línea de comprobación
que se acopla de forma capacitiva a todas las conexiones de
motor.
Se obtienen otras ventajas y detalles de la
presente invención a partir de la siguiente descripción de un
método preferido mediante las figuras. Se muestra
En la Figura 1, un plano de conexiones de un
convertidor,
En la Figura 2, un método para la comprobación
de un convertidor,
En la Figura 3, diferentes diagramas de señal
y
En la Figura 4, una conmutación para la
evaluación de una señal de comprobación.
\vskip1.000000\baselineskip
En la Figura 1 se representa esquemáticamente un
convertidor 1. Un convertidor de este tipo 1 genera a partir de una
tensión continua una tensión alterna pulsada en las conexiones de
motor M1, M2, M3. Para esto se controlan de forma adecuada
elementos de conmutación 2 (por ejemplo, IGBT), que unen cada
conexión del motor M1, M2, M3 con el potencial positivo +Uz o con
el potencial negativo -Uz de la tensión continua. Por fase de motor
se necesita una conexión de motor M1, M2, M3 y, por tanto, dos
elementos de conmutación 2. Respectivamente dos elementos de
conmutación 2 de una conexión de motor M1, M2, M3 forman una fase
del convertidor. Los patrones de control, que se aplican en las
entradas de control PWM1, PWM2, PWM3 de las fases del convertidor 1,
activan respectivamente uno de los dos elementos de conmutación 2
de una fase del convertidor 1, en el caso de que esta fase se
seleccione por una entrada de activación EN1, EN2, EN3. Esta lógica
se representa esquemáticamente en la Figura 1 por el inversor 4 y
las asociaciones Y lógicas 3. Si no se selecciona una fase, ambos
elementos de conmutación 2 de esta fase se cierran, el potencial de
la conexión de motor correspondiente M1, M2, M3, por tanto, está
indefinido. Por esta fase entonces no puede fluir corriente.
Patrones de control adecuados sirven para que en el motor no
representado, por una modulación de amplitud de pulso, se apliquen
los valores de tensión predeterminados por el regulador de
corriente.
A continuación se describirá mediante la Figura
2 el método para la comprobación de una fase del convertidor 1, el
método se repite para cada una de las fases del convertidor, como se
indica en la Figura 2.
En una etapa a, la entrada de control PWM1,
PWM2, PWM3 de una fase se somete a un patrón de control adecuado y,
al mismo tiempo, está fase se selecciona por la entrada de
activación EN1, EN2, EN3. Las demás fases permanecen desactivadas.
Un posible patrón de control PWM se representa en la Figura 3 y
también se puede describir con 0 -1 - 0. Con función correcta de la
lógica de inversor 4 y asociaciones Y 3 y de los elementos de
conmutación 2 se obtendrá en la conexión de motor M1, M2, M3 un
patrón de tensión M de acuerdo con la Figura 3.
En una etapa b se detecta este patrón de tensión
M. Ya que debido a las tensiones elevadas que se presentan se
requiere una separación galvánica de las conexiones de motor M1, M2,
M3, se acopla de forma capacitiva una línea de comprobación 6 a la
conexión de motor M1, M2, M3. Esto se indica en la Figura 1 con los
condensadores 5. Ya que para un condensador 5 es suficiente una
capacidad de pocos preferiblemente, se encontró una solución
particularmente sencilla. Es suficiente colocar la línea de
comprobación 6 en proximidad de la conexión de motor M1, M2, M3,
por ejemplo, rodeando la línea de comprobación 6 la conexión de
motor M1, M2, M3 con pocas vueltas. De forma particularmente
ventajosa se puede usar una única línea de comprobación 6 que está
acoplada de forma capacitiva a todas las conexiones de motor M1,
M2, M3, ya que de acuerdo con el método descrito solamente se
activa cada vez una fase del convertidor 2.
Por el acoplamiento capacitivo de la línea de
comprobación 6 se obtiene en la línea de comprobación 6 una señal
de comprobación P correspondiente a la Figura 3, ya que la línea de
comprobación 6 con el condensador 5 y una resistencia 10 conectada
entre la línea de comprobación 6 y la masa se comporta como un
elemento R-C, en cuya entrada se aplica el patrón
de tensión M de la conexión de motor M1, M2, M3.
A continuación, en una etapa c se compara la
señal de comprobación P con el patrón control PWM aplicado de forma
original. Esto se consigue de forma particularmente sencilla si la
señal de comprobación P se compara con un circuito de acuerdo con
la Figura 4 con el patrón de control PWM. Mediante un integrador 7 y
un comparador 8 se puede transformar la señal de comprobación P en
una señal de comparación binaria V que se corresponde al patrón de
control PWM. En la lógica de comparación de patrón 9, por lo tanto,
solamente se tiene que comprobar la igualdad del patrón de control
PWM y de la señal de comprobación V y emitir un resultado
correspondiente E.
Si las señales son iguales, en la etapa d se
detecta que la fase recién comprobada del convertidor (1) trabaja
de forma correcta, se puede ramificar para la comprobación de la
siguiente fase. Si las señales se desvían entre sí (donde se tienen
que tolerar pequeñas diferencias de tiempo de ejecución incluso
debido al elemento R-C), se detecta una fase
errónea. Se puede generar una comunicación de error correspondiente.
El método se puede interrumpir en este momento o se pueden
comprobar las fases restantes del convertidor (1) con respecto a
otros errores.
Se tiene que mencionar que durante la
comprobación de una fase del convertidor 1, las demás fases tienen
que estar desactivadas. Solamente de este modo se garantiza que,
por ejemplo, un defecto en un motor conectado no conduzca a una
detección de errores en el método descrito. Sin embargo, esto
también significa que el método descrito es posible, de forma
ventajosa, con el motor conectado y, a pesar de esto, solamente se
realice la comprobación del convertidor 1.
El método es adecuado para convertidores 1 con
una cantidad aleatoria de fases, en el ejemplo de realización
descrito es suficiente una única línea de comprobación 6. El
circuito descrito en la Figura 4 para la transformación y
comparación del patrón de control PWM y de la señal de comprobación
P se puede realizar con medios sencillos como circuito separado o
también se puede realizar como software en el Control Numérico que
controla el accionamiento con el convertidor 1. Este Control
Numérico se puede utilizar de forma ventajosa para el control de
todo el método cuando se diseña de forma correspondiente.
Claims (5)
1. Método para la comprobación de un
convertidor, en el que se activan selectivamente elementos de
conmutación individuales (2) del convertidor (1), con las
siguientes etapas:
- (a)
- exposición de una entrada de control (PWM1, PWM2, PWM3) de cada fase del convertidor (1) a un patrón de control (PWM),
- (b)
- detección de un patrón de tensión (M) que se presenta en una conexión de motor (M1, M1, M3) del convertidor (1) por una única línea de comprobación (6) acoplada de forma capacitiva a todas las conexiones de motor (M1, M2, M3).
- (c)
- comparación del patrón de control (PWM) aplicado en la etapa (a) con el patrón de tensión (M) detectado en la etapa (b) para cada fase.
- (d)
- detección de un error en el convertidor (1) con desviación del patrón de tensión (M) detectado en la conexión de motor (M1, M2, M3) del patrón de tensión (M) esperado debido al patrón de control (PWM) aplicado en la entrada de control (PWM1, PWM2, PWM3).
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque una señal de comprobación (P) de la
línea de comprobación (6) se transforma en un patrón de comparación
(V), que se corresponde al patrón de control (PWM).
3. Método de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque la señal de comprobación (P) se
transforma mediante un integrador (7) y un comparador (8) en el
patrón de comparación (V).
4. Método de acuerdo con la reivindicación 2 ó
3, caracterizado porque en la etapa (c) se compara el patrón
de comparación (V) en una lógica de comparación de patrón (9) con el
patrón de control (PWM).
5. Unidad de accionamiento con Control Numérico
y convertidor (1), diseñado para un método para la comprobación de
un convertidor, en el que se activan selectivamente elementos de
conmutación individuales (2) del convertidor (1), con
- \bullet
- medios para exponer una entrada de control (PWM1, PWM2, PWM3) de cada fase del convertidor (1) a un patrón de control (PWM);
- \bullet
- medios para la detección de un patrón de tensión (M) que se presenta en una conexión de motor (M1, M2, M3) del convertidor (1) por una única línea de comprobación (6) acoplada de forma capacitiva a todas las conexiones de motor (M1, M2, M3);
- \bullet
- medios para la comparación del patrón de control (PWM) con el patrón de tensión (M) para cada fase;
- \bullet
- medios para la detección de un error en el convertidor (1) con desviación del patrón de tensión (M) detectado en la conexión de motor (M1, M2, M3) del patrón de tensión (M) esperado debido al patrón de control (PWM) aplicado en la entrada de control (PWM1, PWM2, PWM3).
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