ES2317890T3 - Dispositivo y procedimiento para reducir la potencia de la conexion a la red de instalaciones de ascensor. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para reducir la potencia de la conexión a la red necesaria en instalaciones de ascensor con sistemas de accionamiento eléctricos, que presenta una unidad de almacenamiento de energía eléctrica (11), caracterizado porque la unidad de almacenamiento de energía (11) incluye condensadores en forma de supercondensadores (13).
Description
Dispositivo y procedimiento para reducir la
potencia de la conexión a la red de instalaciones de ascensor.
La invención se refiere a un dispositivo para
reducir la potencia de la conexión a la red necesaria en
instalaciones de ascensor con accionamientos de elevación
eléctricos, dispositivo que presenta una unidad de almacenamiento
de energía eléctrica, y a un procedimiento que sirve para el mismo
fin.
Normalmente, los ascensores y montacargas están
accionados por electromotores. En este contexto se utilizan
diferentes principios para transmitir la fuerza de elevación a la
cabina. En una realización, un motor rotativo actúa directamente o
a través de un engranaje multiplicador sobre una polea motriz que
acciona cables sustentadores que portan y mueven por un lado la
cabina y por el otro un contrapeso. En otra realización, un motor
rotativo acciona una bomba hidráulica que acciona, esencialmente a
través de un fluido hidráulico, el vástago o los vástagos de uno o
más cilindros hidráulicos, que a su vez accionan la cabina
directamente o a través de una transmisión por cable. De acuerdo
con otro principio de accionamiento, la cabina, o su contrapeso
unido con ella a través de cables sustentadores, se desplaza en
sentido ascendente y descendente mediante un motor lineal. En las
instalaciones de ascensor modernas, la regulación de la velocidad de
la cabina tiene lugar normalmente a través de una variación
regulada de la frecuencia de la corriente alterna del motor.
Todos estos accionamientos tienen en común que
los electromotores transforman de 2 a 4 veces más energía eléctrica
durante las fases de aceleración y frenado que durante el
desplazamiento a velocidad constante, que la potencia de
accionamiento necesaria varía mucho en función de la carga útil
correspondiente, y que la relación entre el tiempo de servicio
diario de estos electromotores y su tiempo de pausa normalmente es
muy baja, por ejemplo menor del 10%.
Los breves picos de potencia durante la puesta
en marcha y el frenado influyen en el dimensionamiento, y por
consiguiente en el coste, de las líneas de alimentación,
transformadores, filtros de entrada de compatibilidad
electromagnética (CEM), fusibles y aparatos de distribución. Otra
desventaja de los picos de potencia descritos consiste en que éstos
pueden provocar fluctuaciones de tensión en la red y, con ello,
influir negativamente en la calidad de iluminación de lámparas o en
la función de aparatos electrónicos. Además, en muchos lugares, los
breves picos de potencia arriba mencionados implican incrementos en
las cuotas de conexión periódicas.
El dimensionamiento de los componentes de la
conexión a la red y de algunos componentes de la alimentación de
corriente de accionamiento, al igual que el importe de las cuotas de
conexión periódicas en función de la potencia, depende
fundamentalmente de la potencia necesaria durante el tiempo de
servicio relativamente corto del motor de accionamiento del
ascensor, aunque la energía media necesaria sólo constituya una
fracción de ésta.
El documento EP 0 645 338 B1, describe un
dispositivo para instalaciones de ascensor con un dispositivo de
almacenamiento de energía cuyo principio de operación no está
definido más detalladamente. Este dispositivo de almacenamiento de
energía se carga con tensión continua de forma permanente mediante
un cargador alimentado también permanentemente por la red. Durante
los picos de demanda de potencia, el sistema de accionamiento se
alimenta con la energía almacenada además de una porción de energía
que se toma de forma limitada directamente de la red. Mediante la
limitación de la potencia tomada directamente de la red a un valor
inferior a la potencia de accionamiento necesaria para el
desplazamiento a velocidad constante, el consumo de energía
producido durante el tiempo de desplazamiento también se puede
distribuir durante el tiempo en el que el ascensor está parado de
la siguiente manera: el acumulador suministra la diferencia de
potencia durante el tiempo de marcha y se recarga durante el tiempo
de parada. De este modo, la potencia de conexión a la red puede ser
inferior a la potencia necesaria para el desplazamiento a velocidad
constante.
En el estado de la técnica citado en el
documento EP 0 645 338 B1 (GB 2 139 831 y DE 3 743 660) se describen
dispositivos de almacenamiento de energía basados en acumuladores.
Ni en la descripción ni en las reivindicaciones del documento EP 0
645 338 B1 se puede encontrar ninguna indicación de otro principio
de almacenamiento diferente. El dispositivo de almacenamiento de
energía, que no está definido más detalladamente, se alimenta
mediante un cargador con modo de carga rápida y modo de carga de
compensación, como es habitual en los acumuladores. Por ello se
supone que el dispositivo de almacenamiento de energía descrito en
el documento EP 0 645 338 B1 consiste en un acumulador
electroquímico (pila secundaria).
Los acumuladores electroquímicos presentan
algunas desventajas esenciales para ser utilizados como dispositivos
de almacenamiento de energía exclusivos en accionamientos de
ascensor. Los picos de demanda de potencia grandes sólo pueden ser
cubiertos mediante acumuladores con un dimensionamiento
extremadamente grande, y los frecuentes picos de toma de energía
reducen drásticamente su vida útil, ya de por sí limitada. Además,
la intensidad de la corriente de carga admisible de un acumulador,
que es muy limitada, impone unos márgenes estrechos a la frecuencia
del cubrimiento de picos de demanda de potencia. Esta limitación de
la intensidad de la corriente de carga admisible también constituye
un gran obstáculo para la recuperación de energía de frenado en un
acumulador.
El documento EP 0 967 418 A1 da a conocer una
caja de cambios automática para automóviles, en la que la energía
eléctrica almacenada en un supercondensador alimenta un electromotor
cuando éste realiza el cambio de marcha.
La presente invención tiene por objetivo crear
un dispositivo para reducir la potencia de la conexión a la red de
instalaciones de ascensor del tipo arriba descrito, que evite las
desventajas mencionadas. Principalmente, el dispositivo ha de poder
compensar picos de potencia altos y frecuentes, ha de presentar una
larga vida útil y, mediante una capacidad de una absorción rápida
de energía, ha de poder almacenar temporalmente la energía de
frenado producida recuperada.
Este objetivo se resuelve mediante las
características indicadas en las reivindicaciones 1 y 9. De acuerdo
con la reivindicación 1, un dispositivo para reducir la potencia de
la conexión a la red de instalaciones de ascensor con sistemas de
accionamiento eléctricos presenta una unidad de almacenamiento de
energía eléctrica y se caracteriza porque dicha unidad de
almacenamiento de energía contiene condensadores en forma de
supercondensadores. De acuerdo con la reivindicación 9, un
procedimiento para reducir la potencia de la conexión a la red de
instalaciones de ascensor con sistemas de accionamiento eléctricos
se caracteriza porque en una unidad de almacenamiento de energía
(11), que contiene condensadores en forma de supercondensadores
(13), se almacena energía, y porque antes de cada desplazamiento
del ascensor y sobre la base de informaciones disponibles, como la
situación de carga y el destino de viaje, se calcula la energía
necesaria para el próximo desplazamiento, porque se comprueba si el
contenido de energía momentáneamente presente en la unidad de
almacenamiento de energía (11) junto con la alimentación continua
de la red es suficiente para dicho desplazamiento, y porque, dado el
caso, la puesta en marcha se retrasa hasta que la unidad de
almacenamiento de energía esté suficientemente cargada.
La invención se basa en la idea de utilizar como
dispositivos de almacenamiento de energía un nuevo tipo de
condensadores denominados supercondensadores, en lugar de
acumuladores o en combinación con éstos, empleándose normalmente
una disposición de varios supercondensadores conectados en serie que
presenta una capacidad total de varios faradios con tensiones
admisibles de 100 a 300 V. Los supercondensadores son condensadores
de capa doble cuyos electrodos son de carbono activo, por lo que
tienen superficies efectivas de varios miles de metros cuadrados
por gramo de carbono, estando separados los dos electrodos por
distancias mínimas del orden de nanómetros. Estas propiedades son
la causa de la capacidad extremadamente alta de estos dispositivos
de almacenamiento de energía obtenibles en el mercado.
El dispositivo según la invención para reducir
la potencia de la conexión a la red de instalaciones de ascensor,
en las que numerosos procesos de puesta en marcha y frenado producen
grandes picos de potencia, presenta diversas ventajas. En
comparación con los dispositivos de almacenamiento de energía
basados en acumuladores, los supercondensadores tienen las
siguientes propiedades muy positivas:
- -
- Vida útil prácticamente ilimitada en comparación con los acumuladores.
- -
- Alta capacidad de carga y descarga fiable con una gran cantidad de ciclos de carga y descarga y con poco peso (densidad de potencia de los supercondensadores aproximadamente 10-15 kW/kg; densidad de potencia de los acumuladores aproximadamente 300-1.000 W/kg).
- -
- Carga y descarga completa asegurada incluso en caso de grandes corrientes de carga y descarga.
- -
- No requieren mantenimiento.
- -
- No contienen ninguna sustancia venenosa o contaminante.
- -
- Poco peso en comparación con los acumuladores de la misma densidad de potencia.
En las subreivindicaciones se indican
configuraciones ventajosas y perfeccionamientos de la invención.
Para las aplicaciones en las que el dispositivo
según la invención sólo sirva para la compensación de picos de
potencia y en caso dado adicionalmente para una reducción
relativamente moderada de la potencia de conexión a la red, se
utilizará convenientemente una unidad de almacenamiento de energía
que contenga exclusivamente supercondensadores como medios de
almacenamiento.
Para las aplicaciones en las que el dispositivo
según la invención deba servir para la compensación de picos de
potencia y además para reducir la potencia de conexión a la red de
la instalación de ascensor muy por debajo de la demanda de energía
para desplazamientos a velocidad constante, se utilizará
ventajosamente una unidad de almacenamiento de energía consistente
en una combinación de supercondensadores y pilas secundarias de
efecto electroquímico (acumuladores), ya que éstas presentan una
mayor densidad de energía (Wh/kg) que los supercondensadores, es
decir, con el mismo peso presentan una mayor capacidad de
almacenamiento. Mediante una limitación adecuada de la potencia
tomada de la red, ésta se puede distribuir entre el tiempo de
servicio y el tiempo de parada de tal modo que la potencia de la
conexión a la red necesaria se reduzca a una fracción de la potencia
necesaria para un desplazamiento a velocidad constante. Esto es
posible porque durante las fases en las que la potencia del motor
es superior a la potencia limitada tomada de la red, la diferencia
de potencia se alimenta desde la unidad de almacenamiento de
energía, tomándose los picos de corriente breves predominantemente
de los supercondensadores y tomándose la potencia constante, más
duradera, predominantemente del acumulador, y porque la unidad de
almacenamiento de energía se recarga principalmente durante los
tiempos de parada.
En instalaciones de ascensor en las que no hay
disponible ninguna conexión a la red o sólo hay disponible una
conexión a la red con una potencia mínima, de acuerdo con otra
configuración de la invención se puede utilizar una combinación de
un dispositivo de almacenamiento de energía formado por
supercondensadores con pilas de combustible, es decir, con pilas
primarias de efecto electroquímico. En este caso, la energía
eléctrica de accionamiento necesaria es generada total o
parcialmente en la pilas de combustible, mientras que los
supercondensadores sirven como dispositivos de almacenamiento de
energía para cubrir picos de potencia y para distribuir la potencia
obtenida entre una parte de los tiempos de parada del ascensor.
En una forma de realización preferente del
dispositivo según la invención para reducir la potencia de la
conexión a la red en instalaciones de ascensor, ésta actúa junto
con uno o más convertidores de frecuencia. Cada uno de éstos sirve
para regular el número de revoluciones de un motor de accionamiento
de ascensor correspondiente. Un convertidor de frecuencia consiste
esencialmente en un convertidor de corriente de red, un convertidor
indirecto de tensión continua con condensador de filtro, y un
inversor con generador de frecuencia piloto. En realizaciones en
las que el convertidor de corriente de red no está previsto para la
recuperación de la energía de frenado, el convertidor indirecto de
tensión continua está equipado normalmente con un módulo de
frenado. El dispositivo según la invención, que incluye una unidad
de almacenamiento de energía formada por supercondensadores o una
combinación de éstos con un acumulador, absorbe energía (también
energía de frenado) de dicho convertidor indirecto de tensión
continua y cede la energía de nuevo a éste durante situaciones de
accionamiento que requieren una potencia eléctrica mayor de la
suministrada por el convertidor de corriente de red con limitación
de corriente. Una unidad de regulación y control, denominada
regulador de flujo de potencia, realiza una adaptación necesaria
del nivel de tensión continua entre la unidad de almacenamiento de
energía y el convertidor indirecto y regula el intercambio de
energía entre dicha unidad de almacenamiento de energía y el
convertidor indirecto del convertidor de frecuencia.
Un perfeccionamiento ventajoso del dispositivo
según la invención para reducir la potencia de la conexión a la red
en instalaciones de ascensor consiste en recuperar en los
supercondensadores de la unidad de almacenamiento de energía la
potencia generada por el motor de accionamiento durante las fases de
frenado, incluyendo los picos de potencia producidos en las mismas.
Si se sobrepasa la capacidad de carga de la unidad de almacenamiento
de energía, el regulador de flujo de potencia deja de conducir
energía a la misma, con lo que la tensión aumenta en el convertidor
indirecto del convertidor de frecuencia hasta que se activa el
módulo de frenado, que transforma la energía eléctrica de frenado
sobrante en calor con ayuda de una resistencia de frenado. Mediante
la recuperación de la energía de frenado en la unidad de
almacenamiento de energía se puede reducir de forma efectiva el
coste del consumo energético, a diferencia de la recuperación en la
red, en cuyo caso ésta no se registra normalmente en el sentido de
una reducción de la compra de energía.
En instalaciones de ascensor en las que circulan
uno o más vehículos de ascensor con sistema de accionamiento
integrado, resulta ventajoso instalar el convertidor de frecuencia,
la unidad de control de ascensor y el dispositivo según la
invención para reducir la potencia de la conexión a la red de forma
móvil sobre dicho o dichos vehículos. En este caso, la unidad de
almacenamiento de energía de los vehículos se carga a través de
elementos de contacto o mediante sistemas de transmisión de energía
sin contacto. Además de la reducción de la potencia de la conexión
a la red necesaria, este método tiene la ventaja de que no requiere
dispositivos de alimentación de energía a todo lo largo del
recorrido. Esto es particularmente interesante en instalaciones de
ascensor que presentan varias cajas de ascensor y en las que cada
vehículo de ascensor circula por diferentes cajas, produciéndose
también trayectos horizontales.
En instalaciones de ascensor que presentan
varios ascensores adyacentes equipados con accionamientos regulados
por convertidor de frecuencia, resulta ventajoso conectar en
paralelo los convertidores indirectos de tensión continua de todos
los inversores del lado del motor y alimentarlos mediante un único
módulo de red. En este convertidor indirecto común está conectado
un único dispositivo según la invención para reducir la potencia de
la conexión a la red con una unidad de almacenamiento de energía
formada por supercondensadores, en caso dado en combinación con
acumuladores. De este modo se logra que se puedan producir procesos
de compensación de energía directamente entre los motores
individuales, es decir, la energía de frenado momentánea de uno o
más motores de accionamiento es aprovechada directamente por otro u
otros motores de accionamiento que están produciendo
momentáneamente un accionamiento. Otras ventajas esenciales de esta
forma de realización consisten en que sólo se requiere una única
unidad de almacenamiento de energía con su electrónica de control,
un único módulo de red y también un único módulo de frenado. En
casos adecuados, por ejemplo en caso de grupos de varios ascensores
y cuando valga la pena devolver energía a la red, resulta
conveniente devolver a la red la energía de frenado sobrante
mediante una unidad de recuperación, en cuyo caso se puede
prescindir del módulo de frenado.
En instalaciones en las que la potencia de
conexión disponible es inferior a la potencia necesaria para un
desplazamiento a velocidad constante, es decir, cuando para realizar
un desplazamiento de este tipo es indispensable una alimentación
adicional de energía procedente de una unidad de almacenamiento de
energía, resulta conveniente comprobar la situación actual de la
alimentación de energía antes de comenzar el desplazamiento. El
control de ascensor funciona de acuerdo con un procedimiento de
gestión de energía en el que, antes de comenzar un desplazamiento,
se determina la energía necesaria para dicho desplazamiento a partir
de la información disponible sobre la carga de la cabina de
ascensor y el destino de viaje, y a continuación se comprueba si la
energía momentáneamente disponible en la unidad de almacenamiento
de energía junto con la alimentación continua limitada de la
conexión a la red es suficiente para el desplazamiento en cuestión.
En caso dado, la puesta en marcha se retrasa hasta que la unidad de
almacenamiento de energía está suficientemente cargada.
A continuación se explican más detalladamente
tres ejemplos de realización de la invención con referencia a los
dibujos adjuntos.
En los dibujos:
La figura 1a: Muestra una representación
esquemática de un accionamiento de ascensor con convertidor de
frecuencia sin el dispositivo según la invención para reducir la
potencia de la conexión a la red.
La figura 1b: Muestra diagramas con curvas de
flujo de energía típicas de accionamientos de ascensor.
La figura 2a: Muestra una representación
esquemática de un accionamiento de ascensor con convertidor de
frecuencia y equipado con el dispositivo según la invención, que
incluye supercondensadores para la amortiguación de picos de
potencia.
La figura 2b: Muestra diagramas con ejemplos de
curvas de los flujos de potencia modificados a través de este
dispositivo.
La figura 3a: Muestra una representación
esquemática de un accionamiento de ascensor con convertidor de
frecuencia y equipado con el dispositivo según la invención, que
incluye supercondensadores para una reducción relativamente pequeña
de la potencia de conexión a la red.
La figura 3b: Muestra diagramas con ejemplos de
curvas de los flujos de potencia modificados a través de este
dispositivo.
La figura 4a: Muestra una representación
esquemática de un accionamiento de ascensor con convertidor de
frecuencia y equipado con el dispositivo según la invención, que
incluye supercondensadores en combinación con acumuladores para
lograr una fuerte reducción de la potencia de conexión a la red.
La figura 4b: Muestra diagramas con ejemplos de
curvas de los flujos de potencia modificados a través de este
dispositivo.
La figura 5 Muestra una representación
esquemática de una conexión en paralelo de varios convertidores
indirectos de tensión continua de convertidores de frecuencia de un
grupo de ascensores.
En la figura 1a, que muestra una representación
esquemática de un accionamiento de ascensor, el número 1 representa
un convertidor de frecuencia usual sin dispositivo según la
invención para reducir la potencia de la conexión a la red, que
consiste en una conexión a la red 2, un convertidor de corriente de
red 3, un inversor 4, un convertidor indirecto de tensión continua
5, un condensador de filtro 6, un módulo de frenado 7 (con
resistencia de frenado e interruptor de servicio de freno) y una
conexión de motor 8. El número 9 designa el motor trifásico de
velocidad regulada del accionamiento de ascensor.
El diagrama de la figura 1b muestra flujos de
potencia típicos de accionamientos de ascensor en función del
tiempo t en los componentes correspondientes durante un ciclo de
desplazamiento. La parte izquierda del diagrama se refiere en cada
caso a una situación de accionamiento en la que el momento de giro
resultante de la carga de la cabina, por un lado, y el contrapeso,
por otro, actúa en sentido contrario al sentido de accionamiento
(carga positiva), y la parte derecha del diagrama se refiere a una
situación de accionamiento en la que el momento de giro resultante
de la carga de la cabina y el contrapeso actúa en el mismo sentido
que el accionamiento (carga positiva). P_{out} es la potencia de
salida tomada del convertidor de frecuencia 1 por el motor trifásico
9; P_{R} es la potencia de frenado devuelta por el motor
trifásico 9 y transformada en calor en la resistencia del módulo de
frenado 7; y P_{in} es la potencia tomada de la red por el
convertidor de frecuencia. Se puede ver que toda la potencia de
accionamiento, incluyendo los picos de potencia de puesta en marcha,
es tomada de la red (P_{in}), y que toda la potencia de frenado
devuelta por el motor trifásico 9 se transforma inútilmente en
potencia calorífica P_{R} en la resistencia del módulo de frenado
7.
La figura 2a muestra de nuevo esquemáticamente
un accionamiento de ascensor con convertidor de frecuencia 1 que
consiste en los mismos componentes que el convertidor de frecuencia
mostrado en la figura 1a, pero que está equipado con el dispositivo
según la invención 10 para reducir la potencia de la conexión a la
red. En la versión mostrada, el dispositivo consiste en una unidad
de almacenamiento de energía 11, compuesta por supercondensadores
13, y un regulador de flujo de potencia 12. Por una parte, este
regulador de flujo de potencia tiene la misión de ajustar el flujo
de energía entre los diferentes niveles de tensión del convertidor
indirecto de tensión continua 5 y de la unidad de almacenamiento de
energía 11 y, si hay energía sobrante, cargar la unidad de
almacenamiento de energía. Por otra parte, si aumenta la demanda, el
regulador de flujo de potencia 12 suministra de nuevo la energía
almacenada a dicho convertidor indirecto de tensión continua 5. Para
ello, basándose en la medición de la intensidad de la corriente que
fluye desde el convertidor indirecto de tensión continua 5 hasta el
inversor 4, el regulador de flujo de potencia aplica a dicho
convertidor indirecto de tensión continua 5 la corriente necesaria
para reducir los picos de potencia de la conexión a la red sin
influir en la tensión del convertidor indirecto. En la versión
mostrada en la figura 2a, la capacidad total de los
supercondensadores 13 conectados en serie está dimensionada
exclusivamente para la amortiguación de dichos picos de
potencia.
La figura 2b muestra los diagramas ya explicados
en relación con la figura 1b referentes al desarrollo de los flujos
de potencia en función del tiempo en los componentes
correspondientes. En este caso se muestra además el flujo de
potencia entre el convertidor indirecto de tensión continua 5 y la
unidad de almacenamiento de energía 11 compuesta por
supercondensadores 13, designado como P_{SCAPs}. Se puede ver que
la potencia P_{in} tomada de la red se ha reducido al valor
necesario para un desplazamiento sin aceleración y sin picos de
potencia, pero que una gran parte de la energía de frenado devuelta
por el motor trifásico 9 se sigue transformando inútilmente en
potencia calorífica P_{R} en la resistencia del módulo de frenado
7.
La figura 3a muestra de nuevo un accionamiento
de ascensor con un convertidor de frecuencia 1 tal como se ha
descrito en relación con las figuras 1a y 2a. Al igual que el
accionamiento representado en la figura 2a, la realización mostrada
en este caso también incluye el dispositivo según la invención 10
para reducir la potencia de la conexión a la red, que comprende la
unidad de almacenamiento de energía 11, compuesta por
supercondensadores 13, y un regulador de flujo de potencia 12. Sin
embargo, la capacidad total de la unidad de almacenamiento de
energía descrita en este caso no está dimensionada únicamente para
la amortiguación de picos de potencia, sino que es suficientemente
grande como para que la unidad de almacenamiento de energía 11 pueda
suministrar al convertidor indirecto de tensión continua 5 del
convertidor de frecuencia 1 una parte considerable de la potencia
eléctrica necesaria durante un viaje del ascensor. Como se ha
explicado en la descripción de la figura 2a, dicho suministro de
energía es regulado por el regulador de flujo de potencia 12 y tiene
lugar de forma adicional a una alimentación procedente de la red,
limitada a un valor determinado, a través del convertidor de
corriente de red 3. La unidad de almacenamiento de energía 11 se
carga durante los tiempos de parada del ascensor a través del
convertidor indirecto de tensión continua 5 alimentado por el
convertidor de corriente de red 3, y por otro lado también se carga
mediante la energía de frenado devuelta por el motor trifásico 9 a
través de dicho convertidor indirecto. Esta retroalimentación de
energía de frenado en la unidad de almacenamiento de energía 11 se
produce hasta alcanzar el límite de la capacidad de carga. Después,
la energía eléctrica de frenado que ya no puede ser almacenada se
transforma en calor en el módulo de frenado 7. La recuperación de
energía de frenado produce una reducción muy considerable del
consumo de energía de la instalación y, en consecuencia, también de
la potencia de la conexión a la red necesaria. Dado que el tiempo
total de desplazamiento de un ascensor normalmente sólo representa
una fracción del tiempo de parada, este procedimiento tiene además
la ventaja de que una parte considerable de la energía consumida por
el motor trifásico 9 durante los desplazamientos se toma de la red
de forma distribuida a lo largo de todo el tiempo de disponibilidad
del ascensor, lo que reduce adicionalmente la potencia de conexión
necesaria de la instalación. Los supercondensadores 13 permiten
disponer de una capacidad de almacenamiento suficiente para este
procedimiento, compensándose los grandes picos de potencia, y,
hasta que se agota su vida útil, la cantidad de ciclos de carga y
descarga se puede multiplicar por varias potencias de diez en
comparación con los acumuladores.
La figura 3b muestra de nuevo los diagramas ya
explicados referentes al desarrollo de los flujos de potencia en
función del tiempo en los componentes correspondientes. El número 18
designa los intervalos de tiempo en los que una corriente de carga
fluye a la unidad de almacenamiento de energía 10. Se puede observar
que entre el convertidor indirecto de tensión continua 5 y los
supercondensadores 13 de la unidad de almacenamiento de energía 11
se produce un flujo de potencia P_{SCAPs} considerablemente mayor
que en la realización descrita en relación con la figura 2a, que
normalmente no fluye ninguna potencia de frenado P_{R} al módulo
de frenado 7 y que la potencia de la conexión a la red P_{in} se
ha reducido a un valor que es inferior a la potencia necesaria para
un desplazamiento a velocidad constante. La capacidad total de los
supercondensadores 13 y la limitación de la potencia P_{in}
tomada de la red están dimensionadas idealmente de tal modo que
P_{in} sea aproximadamente constante durante el servicio del
ascensor.
La figura 4a muestra otra forma de realización
de un accionamiento de ascensor con un convertidor de frecuencia y
el dispositivo según la invención 10 para reducir la potencia de la
conexión a la red. Esta versión del dispositivo, similarmente a la
versión descrita en relación con la figura 3a, incluye una unidad de
almacenamiento de energía 11 y un regulador de flujo de potencia
12, consistiendo la unidad de almacenamiento de energía 11 en una
conexión en paralelo de supercondensadores 13 con un acumulador 14
de efecto electroquímico. Una disposición de este tipo es ideal
para satisfacer los requisitos impuestos a una unidad de
almacenamiento de energía 11 para un accionamiento de ascensor, ya
que los supercondensadores 13 soportan las altas corrientes de
carga y descarga en forma de impulsos y el acumulador es
particularmente adecuado para las corrientes de carga y descarga
más pequeñas y más duraderas. Mediante un regulador de flujo de
potencia desarrollado para esta combinación se logra que los picos
de potencia producidos durante los procesos de puesta en marcha y
frenado sean compensados en gran medida por los supercondensadores
13, que una parte esencial de la energía de frenado recuperada
durante los desplazamientos con carga negativa sea almacenada en el
acumulador 14, que éste sea cargado durante todo el tiempo de
parada por el convertidor indirecto de tensión continua 5 del
convertidor de frecuencia 1, y que el mismo ceda su energía
almacenada al convertidor indirecto de tensión continua, de forma
adicional a la alimentación limitada por el convertidor de corriente
de red 3, durante etapas de desplazamiento sin aceleración y con
carga positiva. Con la técnica descrita se puede tomar de la red, de
forma distribuida a lo largo de todo el tiempo de disponibilidad
del ascensor, una parte todavía mayor de la cantidad de energía
consumida por el motor trifásico 9 durante los tiempos de
desplazamiento, lo que reduce la potencia de conexión necesaria de
la instalación a una fracción de la potencia requerida para un
desplazamiento a velocidad constante. Gracias a la alimentación del
acumulador 14 desde el convertidor indirecto de tensión continua 5
no se requiere ningún cargador conectado independientemente a la
red.
La figura 4b muestra los diagramas conocidos
referentes al desarrollo de los flujos de potencia en función del
tiempo en los componentes correspondientes de acuerdo con la figura
4a. Una curva adicional, designada como P_{Akku}, ilustra el
flujo de potencia entre el acumulador 14 y el convertidor indirecto
de tensión continua 5. El número 18 designa los intervalos de
tiempo en los que una corriente de carga fluye a los
supercondensadores 13 o al acumulador 14. En estos diagramas se
puede ver que, en el caso del dispositivo según la invención para
reducir la potencia de la conexión a la red aquí descrito, la
potencia de frenado P_{R} devuelta por el motor trifásico 9
normalmente no se transforma en calor en la resistencia del módulo
de frenado 7, sino que es conducida en su totalidad a la unidad de
almacenamiento combinado de energía 11 para su almacenamiento
temporal, y que la potencia de conexión P_{in} necesaria ya sólo
corresponde a una fracción de la potencia necesaria para un
desplazamiento a velocidad constante.
La figura 5 muestra esquemáticamente la
disposición de accionamientos con convertidor de frecuencia para un
grupo de varios ascensores. Cada uno de los motores trifásicos 9
tiene asignado un inversor 4, y todos estos inversores son
alimentados por un convertidor indirecto de tensión continua 16
común. En este convertidor indirecto de tensión continua 16 está
conectado un dispositivo según la invención 10 para reducir la
potencia de la conexión a la red, que consiste en la unidad de
almacenamiento de energía 11 y el regulador de flujo de potencia
12. Esta disposición posibilita los procesos de compensación,
simbolizados por las flechas 17, entre los flujos de potencia hacia
y desde los motores trifásicos 9 individuales, con lo que se reduce
esencialmente la capacidad de la unidad de almacenamiento de
energía 11 necesaria para lograr la reducción deseada de la
potencia de la conexión a la red. Normalmente, la unidad de
almacenamiento de energía 11 consiste en una disposición de este
tipo excluyendo los supercondensadores 13. La alimentación de
energía de este convertidor indirecto de tensión continua 16 tiene
lugar en este caso a través de un único módulo de red 15. Éste actúa
por un lado como convertidor de corriente de red y, por otro, como
unidad de recuperación. En su función como unidad de recuperación,
el módulo de red recupera en la red la parte de la energía eléctrica
de frenado devuelta por los motores trifásicos que no es utilizada
para los procesos de compensación arriba mencionados ni puede ser
recogida por la unidad de almacenamiento de energía 11 cuando ésta
está completamente cargada. De este modo no es necesario instalar
los módulos de frenado incluidos normalmente en convertidores
indirectos de tensión continua independientes.
Claims (9)
1. Dispositivo para reducir la potencia de la
conexión a la red necesaria en instalaciones de ascensor con
sistemas de accionamiento eléctricos, que presenta una unidad de
almacenamiento de energía eléctrica (11),
caracterizado porque la unidad de
almacenamiento de energía (11) incluye condensadores en forma de
supercondensadores (13).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la unidad de almacenamiento de energía
(11) incluye únicamente supercondensadores (13) como medio de
almacenamiento.
3. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la unidad de almacenamiento de energía
(11) incluye como medio de almacenamiento una combinación de
supercondensadores (13) con acumuladores (14), es decir, elementos
secundarios de efecto electroquímico.
4. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la unidad de almacenamiento de energía
(11) consiste en una combinación de supercondensadores (13) con
pilas de combustible.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque coopera con uno o más
convertidores de frecuencia (1) con los que se regula el número de
revoluciones de un motor trifásico de ascensor (9) asociado y, por
consiguiente, la velocidad de desplazamiento del ascensor
correspondiente.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque la energía de frenado producida
se conduce a la unidad de almacenamiento de energía (11) hasta
completar la capacidad de ésta y la energía de frenado
eventualmente sobrante se transforma en calor en el módulo de
frenado (7) del convertidor de frecuencia (1).
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizado porque está instalado estacionariamente
en el edificio o de forma móvil sobre vehículos de ascensor con
accionamientos de marcha integrados.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 6, caracterizado porque, en caso de un grupo de varios
ascensores con accionamientos regulados por convertidor de
frecuencia, los convertidores indirectos de tensión continua (5) de
varios inversores instalados en el lado del motor están conectados
en paralelo formando un convertidor indirecto común (16) y son
alimentados por un único módulo de red (15), y porque en el
convertidor indirecto de tensión continua común (16) sólo está
conectada una única unidad de almacenamiento de energía (11) según
la invención.
9. Procedimiento para reducir la potencia de la
conexión a la red de instalaciones de ascensor con sistemas de
accionamiento eléctricos,
caracterizado porque en una unidad de
almacenamiento de energía (11), que incluye condensadores en forma
de supercondensadores (13), se almacena energía, y porque antes de
cada desplazamiento del ascensor y sobre la base de informaciones
disponibles, como la situación de carga y el destino del viaje, se
calcula la energía necesaria para el próximo desplazamiento, porque
se comprueba si el contenido de energía momentáneamente presente en
la unidad de almacenamiento de energía (11) junto con la
alimentación continua de la red es suficiente para dicho
desplazamiento, y porque, dado el caso, la puesta en marcha se
retrasa hasta que la unidad de almacenamiento de energía está
suficientemente cargada.
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