ES2320782T3 - Monitor de carga. - Google Patents
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Abstract
Un método para monitorizar la carga de un motor, que comprende las acciones de: medir repetidamente (8) el momento torsor y registrar (9) la velocidad durante el funcionamiento normal, determinar (11, 12, 13), en relación con cada medición del momento torsor durante el funcionamiento normal, un valor límite de la carga válido para la velocidad registrada, siendo el valor límite de la carga una función de una pluralidad de momentos torsores y velocidades almacenados y un valor predeterminado de la desviación, comparar (14), en relación con cada medición del momento torsor durante el funcionamiento normal, el momento torsor medido con el valor límite de la carga determinada, y generar (16) una señal de acción si el momento torsor medido no está dentro de una margen aceptable limitado por el valor límite de la carga determinado.
Description
Monitor de carga.
La presente invención se refiere en general a un
monitor de carga o indicador de la carga para un motor. Más
concretamente, la invención se refiere también a métodos para
iniciar la monitorización y para monitorizar la carga de un motor y
a un convertidor de frecuencia para accionar un motor e incluir un
monitor de carga. Ese tipo de monitor de carga se describe en el
documento US 6.414.455.
Los monitores de carga se usan a menudo para la
protección de sistemas de motores eléctricos contra sobrecargas y
cargas reducidas. Los monitores de carga en aplicaciones de
frecuencia fijada, tales como, canalizaciones conectadas o motores
accionados de arranque suave, se describen completamente mediante un
parámetro de carga normal y márgenes para definir condiciones de
sub./sobrecarga de esta carga normal. Básicamente este es el
comportamiento de los monitores de carga aislados o de los monitores
de carga incluidos en talleres de sistemas de accionamiento de
motores.
En el documento WO 99/25049 A1, se describe un
monitor de carga para un motor eléctrico. Este monitor de carga
calcula, al recibir una orden de un usuario cuando el motor está
funcionando normalmente, así como los límites de la
subcarga/sobrecarga de la carga actual. Luego, durante el
funcionamiento normal, la carga de motor ordinaria es determinada
repetidamente y comparada con los límites de la carga calculada.
Este monitor de carga es ventajoso en relación con los primeros
monitores de carga porque el preestablecimiento de la carga limite
es relativamente rápido y fácil.
El documento US 5.720.231 describe un método
para monitorizar las condiciones de funcionamiento de un motor
eléctrico de ventilador de tracción inducida de un sistema de horno
de gas. El sistema tiene un microprocesador para controlar la
velocidad del motor eléctrico, para garantizar que existe una
presión trasera y un caudal adecuados para el funcionamiento seguro
y eficiente del horno. Las lecturas de los parámetros proporcionales
a la velocidad y al momento torsor son tomadas durante un margen
seleccionado de presiones de alimentación y almacenadas, y un valor
mínimo y uno máximo de las presiones traseras aceptables son
seleccionados. Por consiguiente, sobre una base continua durante el
funcionamiento normal del motor eléctrico de ventilación de
tracción inducida, se toman lecturas de los valores de
funcionamiento reales, proporcionales a la velocidad y el momento
torsor, y comparadas con los parámetros almacenados entre los
valores mínimo y máximo de las presiones posteriores aceptables. Si
los valores de funcionamiento reales están fuera de los márgenes
establecidos por el valor mínimo y el valor máximo, el sistema es
desactivado gradualmente.
Incluso aunque los métodos mencionados
anteriormente de trabajos de monitorización de la carga funcionan
perfectamente en aplicaciones tales como la ejemplificada
anteriormente, hay otras aplicaciones en las cuales los métodos
anteriores de monitorización de la carga no son satisfactorios, por
ejemplo, en aplicaciones en las que varía la velocidad. El problema
radica en que las perturbaciones operacionales no son siempre
detectadas por el monitor de carga incluso aunque los límites de
carga máxima y mínima hayan sido establecidos basándose en la carga
real. Como un ejemplo, en una aplicación de bombeo una perturbación
operacional puede ser ocasionada por una tubería defectuosa, por
ejemplo, un orificio en una tubería o una tubería rota, que origina
una disminución de la presión en las tuberías y por tanto la carga
en el motor se reduce. Otra causa de una perturbación operacional
puede ser la presión de objetos no deseados en la tubería, estos
pueden ocasionar una mayor presión y por tanto la carga en el motor
es incrementada.
El documento US 5.621.289 describe un método
para hacer funcionar un dispositivo de transferencia en una prensa.
El valor del momento torsor de un servo es medido durante el
funcionamiento de la prensa y es comparado con un modelo de momento
torsor, establecido bajo un funcionamiento normal. Si el valor del
momento torsor está fuera de una tolerancia de momento torsor
almacenada, se detecta un mal funcionamiento.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un monitor de carga mejorado y un método para iniciar
la observación y para monitorizar la carga de un motor.
Un objeto particular de la invención es
proporcionar un monitor de carga y métodos correspondientes que
resuelvan los problemas mencionados anteriormente cuando falle la
detección de las perturbaciones operacionales.
Este y otros objetos se consiguen mediante la
provisión de un método para monitorizar la carga de un motor de
acuerdo con la reivindicación 1, un método para iniciar la
monitorización y para monitorizar la carga de un motor según la
reivindicación 13, un monitor de carga para monitorizar la carga de
un motor según la reivindicación 15, y un convertidor de frecuencia
que incluye un monitor de carga según la reivindicación 19.
Realizaciones preferidas de la presente invención se definen en las
reivindicaciones dependientes.
Más concretamente, un método según la presente
invención para monitorizar la carga de un motor comprende las
acciones de medir repetidamente el momento torsor y registrar la
velocidad durante el funcionamiento normal, determinando, en
relación con cada medición del momento torsor durante el
funcionamiento normal, un valor límite de la carga válido para la
velocidad registrada, siendo el valor límite de la carga una función
de una pluralidad de momentos torsores y velocidades almacenados y
de un valor predeterminado de la desviación, y que compara, en
relación con cada medición del momento torsor durante el
funcionamiento normal, el momento torsor medido con el valor límite
de la carga determinado. Si el momento torsor medido no está dentro
de un margen aceptable limitado por el valor límite de la carga
determinado, entonces se efectúa una acción apropiada.
Como se define en este documento,
"funcionamiento normal" se refiere al funcionamiento del motor
cuando el motor está en marcha durante un procedimiento de
aplicación. Durante el funcionamiento normal, se pueden producir
perturbaciones operacionales, y por consiguiente la carga del motor
puede variar a causa de las perturbaciones.
Como se ha mencionado anteriormente, un objeto
particular de la invención es proporcionar un monitor de carga y
métodos correspondientes que resuelvan el problema con detección de
los fallos de perturbaciones operacionales. Este problema surge a
menudo en aplicaciones de velocidad variable. No obstante, ambos
ejemplos de la técnica anterior funcionan muy bien en muchas
aplicaciones en las que la velocidad del motor varía. Como se
muestra anteriormente, la aplicación descrita en el documento US
5.720.231, con un motor eléctrico ventilado de resistencia
inducida de un sistema de horno de gas, es una aplicación de
velocidad variable típica, en la que la velocidad y el momento
torsor del motor varían dependiendo de la presión trasera del
sistema de horno de gas. La diferencia principal entre las
aplicaciones en las que las soluciones de la técnica anterior
citadas de monitorización de la carga trabajan bien y las
aplicaciones en las que no se extienden todo lo que se extiende la
carga, es decir, el momento torsor, del motor depende de la
velocidad del motor. Si la "carga normal" a una velocidad
difiere más que marginalmente de la "carga normal" a otra
velocidad y esta diferencia se debe a la propia velocidad y no a
algún otro parámetro externo, los métodos de la técnica anterior
mencionados anteriormente de monitorización de la carga pueden
entonces proteger el sistema solamente en los puntos extremos de
funcionamiento, es decir, sobrecargado a alta velocidad y
descargado a baja velocidad. Algunas perturbaciones operacionales
que se producen cuando el motor está en marcha a una velocidad
intermedia permanecerán entonces sin ser detectadas. Por ejemplo,
es posible que las perturbaciones operacionales no sean detectadas
cuando, por ejemplo, la bomba sea accionada a una velocidad
relativamente baja, porque la carga resultante de la perturbación
puede ser menor que una carga mayor aceptable a una mayor velocidad
o esta puede ser mayor que una carga baja aceptable a una menor
velocidad. La presente invención resuelve este problema
proporcionando un valor límite de la carga que es válido para una
velocidad registrada presente y que es una función de una pluralidad
velocidades y momentos torsores almacenados y de un valor de la
desviación predeterminado. Por consiguiente, a cualquier velocidad,
al menos dentro de un margen de la velocidad normal de
funcionamiento, habrá un valor límite de la carga específico que es
determinado a partir de una función de una pluralidad de momentos
torsores y velocidades almacenados y de un valor predeterminado de
la desviación. Si los momentos torsores almacenados varían con la
velocidad, entonces el valor límite de la carga resultante variará
también con la velocidad. Por consiguiente, el valor límite de la
carga se establecerá a cada velocidad en relación con un momento
torsor normal verdadero, y por lo tanto las perturbaciones
operacionales que se producen a velocidades intermedias serán
detectadas.
Según una realización de la presente invención,
el método comprende además la operación de obtener automáticamente
dicha pluralidad de momentos torsores y velocidades durante una
secuencia de iniciación. De este modo, la recogida de la pluralidad
de momentos torsores y velocidades resulta rápida, fácil y flexible,
comparada por ejemplo con la recogida de los parámetros de momento
torsor y velocidad escalonando manualmente la velocidad del motor,
midiendo el momento torsor y registrando la velocidad.
Según otra realización de la invención, la
acción de recoger automáticamente comprende las acciones de
establecer una primera velocidad para el motor, medir, después de
la acción de establecer una primera velocidad, un momento torsor
del motor, almacenar el momento torsor medido y el valor de la
velocidad correspondiente en una memoria, establecer una segunda
velocidad para el motor después de almacenar el momento torsor
previamente medido y el valor de la velocidad correspondiente, y
repetir las acciones de medir y almacenar para la nueva
velocidad.
Preferiblemente, el método comprende además,
entre dicha acción de establecer durante la secuencia de iniciación
una primera velocidad para el motor y dicha acción de medir un
momento torsor del motor, la acción de esperar hasta que sea
alcanzado un estado de equilibrio del momento torsor del motor a
dicha primera velocidad.
En otra realización de la invención, dicha
acción de determinar comprende la acción de calcular, en relación
con cada medición del momento torsor durante el funcionamiento
normal, el valor límite de la carga como función de una pluralidad
de momentos torsores y velocidades almacenados y un valor
predeterminado de la desviación. Por consiguiente, cada vez que se
efectúa una medición del momento torsor durante el funcionamiento
normal, es calculado el valor límite de la carga válido para que
sea registrada la velocidad. De ese modo, se economiza espacio de
memoria y tiempo para leer la memoria, puesto que ninguna
pluralidad de valores límite de carga predeterminados ha de ser
almacenada, sino solamente la pluralidad momentos y velocidades
almacenados y el valor de la desviación predeterminada.
En otra realización, dicha acción de calcular
incluye además la acción de interpolar entre dichos momentos
torsores y velocidades para proporcionar el valor límite de la carga
a la velocidad registrada si la velocidad registrada no corresponde
a una cualquiera de las velocidades almacenadas.
En otra realización, que es una alternativa a la
de calcular el valor límite de la carga en relación con cada
medición de del momento torsor durante el funcionamiento normal, el
método comprende además las acciones de calcular una pluralidad de
valores límite de la carga como función de dicha pluralidad de
momentos torsores y velocidades almacenados y el valor de la
desviación predeterminado durante una secuencia de iniciación antes
de dicho funcionamiento normal, y almacenar los valores límites de
la carga calculados durante dicha secuencia de iniciación. En esta
realización, en vez de economizar espacio de memoria, se puede
economizar potencia de cálculo, lo cual puede ser ventajoso para
algunas aplicaciones.
En otra realización, la acción de calcular
incluye además la acción de interpolar entre dichos momentos
torsores y velocidades almacenados para proporcionar más valores
límite de carga en el caso en que la velocidad registrada no
corresponda a una cualquiera de las velocidades almacenadas.
Según otra realización de la invención, dicha
acción de determinar incluye ambas la acción de determinar un valor
límite de la carga máxima y la acción de determinar una valor límite
de la carga mínima, en donde dicha acción de comparación incluye
ambos la acción de comparar el momento torsor medido con el valor
límite de la carga máxima y la acción de comparar el momento torsor
medido con el valor límite de la carga mínima determinada, y en
donde dicho margen aceptable está entre y limitado por el valor
límite de la carga máxima y el valor límite de la carga mínima. De
este modo, pueden ser detectadas ambas la sobrecarga y la
subcarga.
Según todavía otra realización de la invención,
dicha acción de determinación incluye ambas la acción de determinar
dicho valor límite de la carga y la acción de determinar un valor
límite de advertencia que es una función de dicha pluralidad de
momentos torsores y velocidades almacenados y un valor
predeterminado de la desviación de advertencia que es menor que
dicho valor de la desviación para dicho valor límite de la carga, y
en el que dicha acción de comparación incluye ambas la acción de
comparar los momentos torsores medidos con el valor límite de la
carga determinado y la acción de comparar el momento torsor medido
con el valor límite de advertencia determinado. Proporcionando un
valor límite de advertencia, diferentes acciones pueden ser
efectuadas que dependen de lo crítica que sea la
sobrecarga/subcarga.
En otra realización, dicho valor de la
desviación predeterminado está en la forma que devuelve su valor
límite de carga cuando es multiplicado por una función de dicha
pluralidad de momentos torsores y velocidades almacenados. En una
realización alternativa dicho valor de la desviación predeterminado
está en la forma en que devuelve dicho valor límite de la carga
cuando es añadido a una función de dicha pluralidad de momentos
torsores y velocidades almacenados. La elección de la forma del
valor predeterminado de la desviación puede depender de la
aplicación.
Según otro aspecto de la presente invención, un
método para iniciar la monitorización y para monitorizar la carga
de un motor comprende las acciones de: introducir la secuencia de
iniciación, establecer, durante la secuencia de iniciación, una
primera velocidad para el motor, medir, después de la acción de
establecer una primera velocidad, un momento torsor del motor,
almacenar el momento torsor medido y el valor de la velocidad
correspondiente en una memoria, establecer una segunda velocidad
para el motor después de almacenar el momento torsor medido
anteriormente y el valor de la velocidad correspondiente, repitiendo
las acciones de medir y almacenar para la nueva velocidad,
cambiando al funcionamiento normal cuando la secuencia de iniciación
se termina, y monitorizando un momento torsor presente del motor a
una presente velocidad durante el funcionamiento normal y
refiriéndose el presente momento torsor a los momentos torsores y
velocidades correspondientes almacenados durante la secuencia de
iniciación para decidir si o no el presente momento torsor a la
presente velocidad está dentro de un margen de momento torsor
aceptable.
Según todavía otro aspecto de la presente
invención, un monitor de carga para monitorizar la carga de un motor
comprende una Unidad de Tratamiento Central (CPU), medios para
generar automática y repetidamente una señal para cambiar la
velocidad del motor durante una secuencia de iniciación, una entrada
para una señal que representa el momento torsor, una entrada para
una señal que representa la velocidad, y una memoria para almacenar
una pluralidad de momentos torsores medidos y velocidades
correspondientes durante la secuencia de iniciación. Además el
monitor de carga inventado comprende medios para repetidamente,
durante el funcionamiento normal, comparar una señal de entrada que
representa el momento torsor con un valor del límite de carga válido
para una velocidad dada mediante la señal de entrada que representa
la velocidad, y medios para proporcionar un valor límite de carga,
siendo el valor límite de carga una función de la pluralidad de
momentos torsores y velocidades almacenados en la memoria y un
valor predeterminado de la desviación.
Según otra realización el monitor de carga
comprende además medios para generar una señal de acción cuando la
carga, dada por dicha señal de entrada que representa el momento
torsor generado por el motor, está fuera de un margen definido por
al menos dicho valor límite de la carga.
En otra realización de la invención, dicho
monitor de carga está incluido en un convertidor de frecuencia,
estando dispuesto el convertidor de frecuencia para accionar un
motor. Esto es ventajoso porque el momento torsor del motor y los
parámetros de la velocidad que han de ser medidos y registrados,
respectivamente, son fácilmente accesibles dentro del convertidor
de frecuencia, la velocidad puede ser calculada a partir de la
presente frecuencia del convertidor de frecuencia y el momento
torsor usualmente puede ser calculado a partir de la información
proporcionada por el convertidor de frecuencia. Por ejemplo, la
tensión de suministro y la corriente de suministro al motor pueden
ser usadas para calcular el momento torsor. La corriente de
suministro al motor se mide preferiblemente. La tensión de
suministro puede ser medida o puede ser calculada basándose en las
señales de control en el convertidor de frecuencia combinadas con la
tensión de la CC (corriente continua) de un circuito rectificador
del convertidor de frecuencia.
Un alcance más de la aplicabilidad de la
presente invención resultará evidente a partir de la descripción
detallada que se proporciona mas adelante. No obstante, se ha de
entender que la descripción detallada y los ejemplos concretos,
aunque indican realizaciones preferidas e la invención se dan
solamente a modo de ilustración, puesto que diversos cambios y
modificaciones dentro del espíritu y el alcance de la invención
resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de
esta descripción detallada.
Otras características y ventajas de la presente
invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada
siguiente de realizaciones preferidas actualmente, con referencia a
los dibujos que se acompañan, en los cuales:
la Figura 1 es un diagrama de bloques
esquemático de una primera realización de un convertidor de
frecuencia que incluye un monitor de carga según la invención, que
se conecta al convertidor de frecuencia a un motor;
la Figura 2 es un diagrama de bloques
esquemático de una segunda realización de un monitor de carga según
la invención que está conectado a un motor y posiblemente a un
convertidor de frecuencia;
la Figura 3 es un diagrama de flujo de la
secuencia de iniciación en una realización de un monitor de
carga;
la Figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra
el funcionamiento de una realización de un monitor de carga según
la invención durante el funcionamiento normal; y
la Figura 5 es un gráfico del momento torsor en
función de la velocidad que ilustra valores recogidos del momento
torsor a diferentes velocidades y curvas de los valores límite de la
carga correspondiente.
En la Figura 1 se muestra un motor eléctrico 100
que recibe su suministro 102 de potencia de un convertidor 110 de
frecuencia. El convertidor 110 de frecuencia está dispuesto para
variar la velocidad del motor eléctrico 100 controlando la tensión
y/o la corriente por medio de la electrónica 112 de potencia en el
convertidor 110 de frecuencia. El control de la electrónica de
potencia se realiza por medio de un controlador 114.
Según una realización de la invención un monitor
116 de carga está dispuesto en el convertidor 110 de frecuencia. La
información necesitada por el monitor de carga puede entonces ser
proporcionada directamente por el convertidor 110 de frecuencia o
el controlador 114 del convertidor 110 de frecuencia. La información
puede estar representada por datos transferidos sobre un bus de
datos o al menos una señal que transporta la información sobre una
línea de señales. La información proporcionada al monitor de carga
puede ser información que represente el momento torsor T presente
del motor e información que represente la presente velocidad n del
motor.
Según una realización el presente momento torsor
y la velocidad del motor pueden ser calculados a partir de la
corriente y la tensión presentes, tales ejecuciones son conocidas
por los expertos en la técnica. En una realización más la velocidad
del motor puede ser proporcionada alternativamente por el valor
deseado de la velocidad proporcionada al controlador.
El monitor 116 de carga puede estar conectado a
la memoria 118 para almacenar los datos relativos al funcionamiento
del monitor 116 de carga, los datos que han de ser almacenados serán
examinados más adelante.
Además, el monitor 116 de carga puede estar
conectado con al controlador para enviar señales al controlador,
estas señales pueden estar destinadas a detener el motor o instruir
el convertidor 110 de frecuencia para que realice otras acciones en
respuesta a un aviso o alarma originado desde el monitor 116 de
carga. El monitor de carga puede estar dispuesto también para
proporcionar tales señales de alarma y/o diversos datos con relación
al funcionamiento del monitor de carga a una interfaz externa, por
ejemplo, una conexión de red, un bus de datos, líneas de señales
separadas, etc.
Según una realización el controlador 114 y el
monitor 116 de carga son módulos de programa que se ejecutan en un
procesador 120, por ejemplo, un microprocesador, una CPU, o
cualquier otro dispositivo de tratamiento capaz de ejecutar módulos
de programa. En al realización la memoria 118 puede ser la memoria
usada por el procesador y, por tanto, ambos el monitor 116 de carga
y el controlador 114 pueden usar la misma memoria.
En la Figura 2 se muestra otra realización. En
esta realización el monitor 200 de carga está dispuesto
exteriormente a un convertidor 210 de frecuencia. El convertidor de
frecuencia está dispuesto para proporcionar potencia al motor
eléctrico 212, por medio de suministradores 214 de potencia, y para
controlar la velocidad del motor controlando características de la
potencia en el motor eléctrico 212. El convertidor 210 de frecuencia
puede ser un convertidor de frecuencia similar al convertidor de
frecuencia de la Figura 1. La funcionalidad general de un
convertidor de frecuencia es conocida por el experto.
El monitor 200 de carga incluye un procesador
202 y una memoria 206 dispuestos para recoger y analizar la
información recibida con objeto de monitorizar la carga del motor
eléctrico 212, la funcionalidad se describirá con mayor detalle más
adelante.
La entrada de información en el monitor 200 de
carga puede ser dispuesta de un par de maneras. Por ejemplo, el
monitor de carga puede incluir entradas 216 dispuestas para ser
conectadas a líneas de señales que transporten señales de medios de
medición de voltios y o de medios de medición de corrientes
dispuestos en los suministros 214 de potencia entre el motor y el
convertidor de frecuencia. En ese tipo de realización la línea 218
entre el monitor de carga puede estar dispuesta para que
proporcione el convertidor de frecuencia una cualquiera o cualquier
combinación de señales de alarma, instrucciones de detención,
instrucciones con respecto a la ejecución de alguna acción
especificada, y otros datos.
Según otra realización las señales para las
entradas 216 pueden ser originadas desde el convertidor de
frecuencia. En tal caso no hay necesidad de instalar un equipo de
medición separado.
Ahora, con referencia a las Figuras 3, 4 y 5, se
describirá el funcionamiento de una realización de un monitor de
carga, por ejemplo, el monitor 116 ó 200, de carga, según la
invención.
La Figura 3 muestra la secuencia de iniciación
en una realización de un monitor de carga según la invención. En
adelante, cuando diferentes partes del monitor de carga inventado u
otras partes de un sistema de motor en el que el monitor de carga
está incorporado sean mencionadas, se hace referencia a la
realización mostrada en la Figura 1 como un ejemplo ilustrativo.
La secuencia de iniciación para el monitor 116,
200 de carga se inicia preferiblemente cuando el motor y el sistema
han alcanzado un estado de "funcionamiento normal", es decir,
cuando el sistema y el motor han sido comprobados y hallado que
trabajan correctamente. Ese tipo de estado puede ser determinado
manualmente o por medio de algún automatismo. No obstante, para
facilitar la instalación del monitor de carga en una pluralidad de
diversos sistemas dicho estado puede ventajosamente ser determinado
manualmente.
Durante la secuencia de iniciación, el motor
100, 212 funciona con un margen de diferentes velocidades y el
presente momento torsor a cada velocidad es medido y almacenado
junto con la velocidad registrada correspondiente. Recogiendo
automáticamente una pluralidad de momentos torsores y velocidades
correspondientes de este modo, se puede calcular un valor límite de
la carga a cada velocidad basado en una relación de momento torsor
normal verdadero/carga del motor 100, 212 incluso aunque la carga
varíe con la velocidad.
Haciendo referencia ahora a la Figura 3 con más
detalle, la secuencia de iniciación para el monitor 116, 200 de
carga es introducida en la operación 1. En la operación 2, se inicia
la recogida automática de momentos torsores y velocidades mediante
el establecimiento de una primera velocidad para el motor 100, 212.
Cuando se establece la primera velocidad, el monitor 116, 200 de
carga espera en la operación 3 hasta que se alcanza un estado de
equilibrio del momento torsor del motor en la primera velocidad.
Entonces, en la operación 4, el momento torsor del motor 100, 212
es medido en la primera velocidad. El momento torsor medido y la
primera velocidad registrada son entonces en la operación 5
almacenados juntos en la memoria 118, 206 del monitor 116, 200 de
carga.
Un operador del sistema de motor puede escoger a
que velocidades debe ser medido el momento torsor estableciendo una
gama de velocidades antes o en relación con una secuencia de
iniciación, por ejemplo, la que se describe y es iniciada en
relación con la Figura 3. El establecimiento de la gama puede ser
efectuado estableciendo cada valor de la velocidad individualmente
o estableciendo la gama de velocidades y la frecuencia de las
velocidades o el número de velocidades dentro de la gama. Por
ejemplo, el operador puede escoger almacenar nueve pares de
momentos torsores y velocidades correspondientes distribuidas
uniformemente en una gama de velocidades d 300 rpm a 1500 rpm como
se ilustra en la Figura 5.
Si la aplicación es tal que el motor 100, 212
debe funcionar solamente a una velocidad única, en ese caso las
soluciones de la técnica anterior podrían funcionar exactamente
igual de bien que las de la presente invención, la secuencia de
iniciación terminaría después de almacenar un par de
correspondientes momentos torsores y velocidades, y por
consiguiente la secuencia de iniciación terminaría sin bucle de
iteración y cambiaría directamente de la operación 6 a la operación
7 en la cual empieza el funcionamiento normal del sistema
motriz.
Si dos o más pares de momentos torsores y
velocidades correspondientes deben ser almacenados, la secuencia de
iniciación retrocede saltando de la operación 6 a la operación 2 y
repite las operaciones 2 a 6 hasta que el momento torsor y la
velocidad correspondiente han sido almacenados para cada velocidad
que el operador ha seleccionado. Entonces, el procedimiento cambia
al funcionamiento normal del sistema de motor, operación 7.
Por consiguiente, después de la secuencia de
iniciación un grupo de momentos torsores y correspondientes
velocidades es almacenado en la memoria 118, 206 del monitor 116,
200 de carga. Si por alguna razón el operador desea cambiar
cualquiera de los valores de momento torsor almacenados a diferentes
velocidades, la ejecución podría ser tal que los valores
almacenados del momento torsor normal fuesen cambiados
manualmente.
\newpage
Haciendo referencia ahora a la Figura 4, en la
cual se ilustra el funcionamiento de una realización de un monitor
de carga según la invención durante el funcionamiento normal. Se
hace referencia todavía a la Figura 1 cuando se mencionan
diferentes partes del sistema de motor.
Durante el funcionamiento normal, el presente
momento torsor del motor 100, 212, es decir, la carga del motor
está expuesta y es monitorizada a la presente velocidad. Este
momento torsor presente está relacionado con los momentos torsores
y las correspondientes velocidades almacenados durante la secuencia
de iniciación para decidir si o no el presente momento torsor a la
presente velocidad está dentro de una ordenación aceptable de
momentos torsores.
En la operación 8 el presente momento torsor se
mide. La presente velocidad es registrada en la operación 9. En la
operación 10, se decide si la velocidad registrada corresponde a una
cualquiera de las velocidades almacenadas en la memoria 118, 206
durante la secuencia de iniciación.
Si la velocidad registrada corresponde a una
velocidad almacenada, el momento torsor "normal" que está
almacenado junto con la velocidad almacenada es leído de la memoria
118, 206 en la operación 11.
Si la velocidad registrada no se corresponde con
una velocidad almacenada, el momento torsor normal es calculado en
la operación 12 a partir de valores del momento torsor almacenados a
las velocidades almacenadas que son más altas y más bajas que la
presente velocidad. Esto se hace preferiblemente por medio de alguna
clase de método de interpolación conocido por un experto en la
técnica. Una alternativa más simple que la utilización de la
interpolación consiste en seleccionar de la memoria un valor de
momento torsor "normal" correspondiente a un valor del momento
torsor que se refiera a una velocidad almacenada próxima a la
velocidad registrada. Otros métodos de aproximación al momento
torsor "normal" son conocidos por los expertos en la
técnica.
En la operación 13, valores límite de
advertencia, máximo y mínimo, son calculados a partir del valor del
momento torsor normal determinado. Los valores límite de advertencia
definen límites de la carga a los que debe ser generada una
advertencia al operador o a otra parte del sistema de motor. Estos
límites de advertencia se usan en adición a aquellos valores límite
que en esta memoria son denominados valores límites de la carga y
que definen los límites de carga a los cuales ha de ser generada una
alarma y/o el sistema de motor se detiene. Por consiguiente, los
límites de advertencia están más cerca del momento torsor normal que
los límites de carga, véase la Figura 5.
Los valores de los límites de advertencia se
calculan como una función del valor del momento torsor normal a una
velocidad específica que como se ve anteriormente es a su vez una
función de la pluralidad momentos torsores y velocidades
almacenados en la memoria 118, 206, y un valor predeterminado de la
desviación de advertencia. Ese valor predeterminado de la
desviación de advertencia es preestablecido y puede ser cambiado
manualmente por el operador. El valor límite de advertencia puede
ser calculado añadiendo el valor de la desviación de advertencia en
la forma de, por ejemplo, un valor del momento torsor preestablecido
al valor de momento torsor normal, o multiplicando el valor del
límite de advertencia por el valor de desviación de advertencia en
la forma de un factor tal como un valor de porcentaje.
Cuando los valores de los límites de advertencia
máximo y mínimo son determinados en la operación 13, el momento
torsor medido es comparado con los valores límite de advertencia en
la operación 14. En la operación 15, se determina si el momento
torsor medido está dentro del margen de límite de advertencia
definido por los valores límite de advertencia máximo y mínimo. Si
el momento torsor medido está dentro del margen entre los límites
de advertencia, el procedimiento del monitor de carga continúa en la
operación siguiente 17 y calcula los valores límite máximo y mínimo
de la carga. Si el momento torsor medido no está dentro del margen
entre los límites de advertencia, una advertencia por ejemplo al
operador es activada en la operación 16 y entonces el proceso
continúa en la operación 17.
En la operación 17, los valores límites de carga
máxima y mínima son calculados de un modo similar a los valores
límites de advertencia, es decir tomando el momento torsor normal
determinado a la velocidad registrada y ya sea añadiendo un valor
de la desviación del momento torsor a este o multiplicando este por
un valor de la desviación del momento torsor. El valor de la
desviación del momento torsor es también preestablecido y puede ser
cambiado manualmente por el operador.
Entonces, cuando los valores límites de carga
máxima y mínima son determinados en la operación 17, el momento
torsor medido es comparado con los valores límites de carga en la
operación 18. En la operación 19, se determina si el momento torsor
medido está dentro del margen límite de carga definido por los
valores límite de carga máxima y mínima. Si el momento torsor
medido no está dentro del margen de los límites de carga, se genera
una alarma y/o el motor del proceso es detenido en la operación 20.
Si el momento torsor medido está dentro del margen de los límites
de carga, el proceso del monitor de carga pasa a la operación 21 y
espera un periodo de tiempo predeterminado antes de retroceder a la
operación 8 de nuevo para un nuevo bucle de monitorización.
En la Figura 5, se ilustra el momento
torsor/carga en función de la velocidad para nueve valores recogidos
de momentos torsores normales a velocidades comprendidas en un
intervalo de 300 rpm a 1500 rpm. Además, se muestran los valores
límites de advertencia máximo y mínimo correspondientes y los
valores límites de carga máxima y mínima. En este ejemplo, los
valores límite de advertencia se calculan sumando los valores de
\pm5 al momento torsor normal, y los valores límite de la carga
son calculados añadiendo \pm10 a los valores del momento torsor
normal.
Como en la realización descrita anteriormente de
la invención, lo límites de advertencia y carga pueden ser
calculados en cada bucle de medición del monitor de carga durante el
funcionamiento normal. Esto es ventajoso puesto que no hay
necesidad de almacenar todos los valores límite para todas las
posibles velocidades que el motor puede utilizar durante el
funcionamiento normal. No obstante, en otra realización de acuerdo
con la invención todos los valores límite posibles pueden ser
calculados y almacenados durante la secuencia de iniciación antes
del funcionamiento normal.
En la realización a modo de ejemplo anterior,
son calculados ambos valores límites de advertencia/carga máxima y
mínima. Alternativamente, solamente un valor límite de momento
torsor/advertencia máximo podría ser calculado, en donde el margen
de funcionamiento de momento torsor aceptable es definido por el
valor límite de la carga máxima y el momento torsor cero.
En la realización descrita anteriormente, ambos
valores límite de carga y los valores límite de advertencia son
usados. Alternativamente, podrían ser usados solamente los valores
límite de carga.
Claims (19)
-
\global\parskip0.930000\baselineskip
1. Un método para monitorizar la carga de un motor, que comprende las acciones de:- medir repetidamente (8) el momento torsor y registrar (9) la velocidad durante el funcionamiento normal,
- determinar (11, 12, 13), en relación con cada medición del momento torsor durante el funcionamiento normal, un valor límite de la carga válido para la velocidad registrada, siendo el valor límite de la carga una función de una pluralidad de momentos torsores y velocidades almacenados y un valor predeterminado de la desviación,
- comparar (14), en relación con cada medición del momento torsor durante el funcionamiento normal, el momento torsor medido con el valor límite de la carga determinada, y
- generar (16) una señal de acción si el momento torsor medido no está dentro de una margen aceptable limitado por el valor límite de la carga determinado.
- 2. Un método según la reivindicación 1, que comprende además la acción de:
- recoger automáticamente (2, 4, 5) dicha pluralidad de momentos torsores y velocidades almacenados durante una secuencia de iniciación antes de dicho funcionamiento normal.
- 3. Un método según la reivindicación 2, en el que dicha acción de recoger automáticamente comprende las acciones de:
- establecer (2) una primera velocidad para el motor,
- medir (4), después de la acción de establecer una primera velocidad, un momento torsor del motor,
- almacenar (5) el momento torsor medido y el valor de la velocidad correspondiente en una memoria,
- establecer (2) una segunda velocidad para el motor después de almacenar el momento torsor medido previamente y el valor de la velocidad correspondiente, y
- repetir las acciones de medir (4) y almacenar (5) para la nueva velocidad.
- 4. Un método según la reivindicación 3, que comprende además, entre dicha acción de establecer durante la secuencia de iniciación una primera velocidad para el motor y dicha acción de medir un momento torsor del motor, la acción de
- esperar (3) hasta que es alcanzado un estado de equilibrio del momento torsor del motor a dicha primera velocidad.
- 5. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha acción de determinar comprende la acción de calcular (13), en relación con cada medición del momento torsor durante el funcionamiento normal, el valor límite de la carga como la función de una pluralidad de momentos torsores y velocidades almacenados y un valor predeterminado de la desviación.
- 6. Un método según la reivindicación 5, en el que dicha acción de calcular incluye además la acción de interpolar (12) entre dicho momentos torsores y velocidades almacenados para proporcionar el valor límite de la carga a la velocidad registrada si la velocidad registrada no se corresponde con alguna de las velocidades almacenadas.
- 7. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además las acciones de:
- calcular una pluralidad de valores limite de carga como funciones de dicha pluralidad de momentos torsores y velocidades almacenados y el valor predeterminado de la desviación durante una secuencia de iniciación antes de dicho funcionamiento normal, y
- almacenar los valores límite de la carga calculados durante dicha secuencia de iniciación.
- 8. Un método según la reivindicación 7, en el que dicha acción de calcular incluye además la acción de interpolar entre dichos momentos torsores y velocidades almacenados para proporcionar más valores límites de la carga en el caso en que la velocidad registrada no se corresponda con alguna de las velocidades almacenadas.
- 9. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
- en el que dicha acción de determinar (11, 12, 13) un valor límite de la carga incluye ambas, la acción de determinar un valor límite de la carga máxima y la acción de determinar un valor límite de la carga mínima, para cada velocidad pertinente,
\global\parskip1.000000\baselineskip
- en el que dicha acción de comparar incluye ambas, la acción de comparar el momento torsor medido con el valor límite de la carga máxima determinado y la acción de comparar el momento torsor medido con el valor límite de la carga mínima determinado, y
- en el que dicho margen aceptable está comprendido entre, y limitado por, el valor límite de la carga máxima y el valor límite de la carga mínima.
- 10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
- en el que dicha acción de determinación incluye ambas la acción de determinar el valor límite de dicha carga y la acción de determinar el valor límite de la advertencia que es una función de dicha pluralidad de momentos torsores y velocidades almacenados y un valor predeterminado de la desviación de advertencia que es menor que dicho valor de la desviación para el valor límite de dicha carga, y
- en el que dicha acción de comparación incluye ambas la acción de comparar (14) el momento torsor medido con el valor límite de la carga determinada y la acción de comparar (18) el momento torsor medido con el valor límite de advertencia determinado.
- 11. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho valor de la desviación predeterminado está en la forma en que produce dicho valor límite de carga cuando es multiplicado por una función de dicha pluralidad de momentos torsores y velocidades almacenados.
- 12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que dicho valor de la desviación predeterminado está en la forma en que produce dicho valor límite de la carga cuando es añadido a una función de dicha pluralidad de momentos torsores y velocidades almacenados.
- 13. Un método para iniciar la monitorización y para monitorizar la carga de un motor, que comprende las acciones de:
- introducir la secuencia de iniciación,
- establecer (2), durante la secuencia de iniciación, una primera velocidad para el motor,
- medir (4), después de la acción de establecer una primera velocidad, un momento torsor del motor,
- almacenar (5) el momento torsor medido y el valor de la velocidad correspondiente en una memoria,
- establecer (2) una segunda velocidad para el motor después de almacenar el momento torsor medido anteriormente y el valor de la velocidad correspondiente,
- repetir las acciones de medir (4) y almacenar (5) para la nueva velocidad,
- cambiar (7) al funcionamiento normal cuando la secuencia de iniciación está terminada, y
- monitorizar un momento torsor presente del motor a una velocidad presente durante el funcionamiento normal y relacionar el momento torsor presente con los momentos torsores y velocidades correspondientes almacenados durante la secuencia de iniciación para decidir si o no el presente momento torsor a la presente velocidad está dentro de un rango de momentos torsores aceptable.
- 14. Un método según la reivindicación 13, en el que dicha acción de monitorización comprende además las acciones de:
- medir repetidamente el momento torsor y registrar la velocidad durante el funcionamiento normal,
- determinar, en relación con cada medición del momento torsor durante el funcionamiento normal, un valor límite de la carga para la velocidad registrada, siendo el valor límite de la carga una función de los momentos torsores y velocidades almacenados durante la secuencia de iniciación y un valor de la desviación predeterminado,
- comparar, en relación con cada medición del momento torsor durante el funcionamiento normal, el momento torsor medido con el valor límite de la carga determinado,
- si el momento torsor medido, durante el funcionamiento normal, no está dentro de un rango aceptable limitado por el valor límite de la carga determinado entonces se genera una señal de accionamiento.
- 15. Un monitor de carga para monitorizar la carga de un motor, que comprende:
- una Unidad de Proceso Central (CPU),
- medios para generar de modo automático y repetido una señal para cambiar la velocidad del motor durante una secuencia de iniciación,
- una entrada para una señal que representa el momento torsor,
- una entrada para una señal que representa la velocidad,
- una memoria para almacenar una pluralidad de momentos torsores medidos y correspondientes a las velocidades registradas durante la secuencia de iniciación,
- medios para comparar repetidamente, durante el funcionamiento normal, una señal de entrada que representa el momento torsor con un valor límite de la carga válido para una velocidad dada por la señal de entrada, y
- medios para proporcionar un valor límite de la carga, siendo el valor límite de la carga una función de la pluralidad de momentos torsores y velocidades almacenados en la memoria y un valor predeterminado de la desviación.
- 16. Un monitor de carga según la reivindicación 15, que comprende medios además para generar una señal de accionamiento cuando el momento torsor, dado por dicha señal de entrada que representa el momento torsor, está fuera de un rango definido por al menos dicho valor límite de la carga.
- 17. Un monitor de carga según las reivindicaciones 15 ó 16, que comprende además medios para ejecutar las acciones de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 12.
- 18. Un monitor de carga según una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, en donde dicho monitor de carga está incluido en un convertidor de frecuencia para accionar un motor.
- 19. Un convertidor de frecuencia para accionar un motor, comprendiendo dicho convertidor un monitor de carga según una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17.
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