ES2321475T3 - Controlador de motor con conservacion de energia. - Google Patents

Abstract

Controlador (10) para adaptar dinámicamente el uso de energía por parte de un motor de inducción AC a la carga en dicho motor, presentando el motor por lo menos un devanado de motor y un voltaje AC aplicado en el mismo, que comprende: un primer y un segundo rectificadores controlados de silicio, (113, 114) que presentan cada uno de ellos una puerta respectiva (G1, G2) y conectados en paralelo entre sí en polaridades opuestas entre un primer nodo (101) y un segundo nodo (102), para cada fase de dicho voltaje AC en el que dicho primer nodo está conectado a una fuente de dicho voltaje AC y dicho segundo nodo está conectado a dicho por lo menos un devanado de motor correspondiente al motor; y un generador (130) de señales de activación acoplado a dichas puertas respectivas, dicho voltaje AC aplicado y dicho devanado de motor, para generar una señal de control de activación para controlar cada uno de dichos primer y segundo rectificadores controlados de silicio (113, 114), en respuesta a la temporización respectiva de acontecimientos detectados de cruce por cero de dicho voltaje AC y una corriente AC en dicho devanado de motor correspondiente a dicho voltaje AC; caracterizado porque el controlador (10) está adaptado de manera que, para cada alternancia de dicho voltaje AC: dichos primer y segundo rectificadores controlados de silicio (113, 114), activados alternativamente en un estado de conducción durante cada alternancia de dicho voltaje AC, se inhiben de dicho estado de conducción durante un tiempo proporcional a una diferencia medida en el tiempo (deltaT) entre el instante de tiempo en el que dicho voltaje AC en dicho devanado de motor pasa a través de un primer cruce por cero y el instante de tiempo en el que dicha corriente AC correspondiente en dicho devanado de motor pasa a través de un segundo cruce por cero, siendo determinada dicha diferencia medida (deltaT) como la diferencia de tiempo entre una primera y una segunda interrupciones correspondientes a dichos instantes de tiempo en los que dichos acontecimientos detectados de cruce por cero de dicho voltaje AC y dicha corriente AC correspondiente se acoplan a dicho generador (130) de señales de activación y se comparan con una base de tiempos de funcionamiento continuo.

Description

Controlador de motor con conservación de energía.

Campo técnico

La presente invención se refiere en general al control de máquinas eléctricas AC, y en particular a controladores del factor de potencia para motores de inducción monofásicos y trifásicos.

Antecedentes de la técnica

Es bien sabido que el funcionamiento de un motor de inducción AC con una carga sustancialmente menor que la nominal plena resulta cada vez más ineficaz en cuanto al uso de energía eléctrica ya que el factor de potencia de la carga, que varía inversamente con la misma, aumenta. Se han desarrollado o propuesto métodos y controladores convencionales para reducir el consumo de energía de motores de inducción AC. Una de las clases de estos dispositivos y métodos usa una medición del factor de potencia de la máquina AC, por ejemplo, un motor de inducción AC, para generar una señal de control usada con el fin de ajustar la potencia AC entregada al motor. Con el fin de mantener un "deslizamiento" suficiente del rotor para su funcionamiento con un factor de potencia relativamente bajo y con la mayor eficacia, la señal de control se ajusta para reducir la potencia media aplicada al motor durante el accionamiento de cargas ligeras.

Otros sistemas y métodos convencionales incluyen: (1) controladores y métodos que, en lugar de fundamentarse en una base de tiempos precisa, usan contadores fundamentados en bases de tiempo imprecisas o están sujetos a una deriva con la temperatura, el voltaje o la carga o, que al mismo tiempo están sujetos a interrupciones por parte de señales o interferencias externas, que dan como resultado típicamente acciones de control ineficaces o inapropiadas; (2) sistemas que son susceptibles de experimentar efectos importantes por la fuerza contraelectromotriz u otra interferencia electromagnética generada en el motor o en el propio controlador la cual puede interferir sustancialmente con una detección y control precisos del factor de potencia o una incapacidad de procesar parámetros de los sensores o generar señales de control inequívocas debido a los altos niveles de interferencia que hay presentes; (3) sistemas y métodos que únicamente funcionan bien cuando los motores conectados al controlador se encuentran en buenas condiciones, están cableados correctamente a la fuente de alimentación y/o al controlador o no presentan desequilibrios por irregularidades significativas en los devanados de fase o cargas desequilibradas mecánicamente lo cual da como resultado típicamente una incapacidad de compensar o ajustar correctamente el factor de potencia o, en algunos casos, una avería del motor; (4) sistemas que se deben ajustar manualmente para adaptarse a condiciones de aplicaciones individuales que requieren mucha mano de obra y son costosas, y puede que no consigan proporcionar un ajuste óptimo debido a que el intervalo de ajuste es limitado; (5) el establecimiento manual de parámetros deseados del factor de potencia o el establecimiento de factores de potencia medios que una vez establecidos, son fijos, y como mucho solamente se aproximan a la mejora potencial de eficacia que se desea del sistema; y (6) sistemas o métodos que requerían una circuitería de control compleja o una modificación en los motores con el fin de proporcionar un control eficaz lo cual además tiende a incrementar los costes de fabricación, la instalación de los sistemas o el uso de los mismos.

La publicación de patente US número US4767975 da a conocer un controlador de potencia para un motor de inducción en el que circuitos de disparo, bajo el control de un microprocesador, generan señales de disparo para tiristores conectados entre una alimentación y un motor a controlar. El ángulo de disparo para los tiristores se ajusta continuamente según el desfase que indican los cruces por cero del voltaje de alimentación y circuitos detectores de corriente, la carga en el motor, y una señal que indica la tendencia del motor a calarse, obtenida a partir de la fuerza contraelectromotriz del motor.

La publicación de patente US número US4833628 da a conocer un detector de la velocidad de régimen de un motor en el que se produce una indicación de que un motor ha alcanzado el funcionamiento de velocidad plena mediante la generación de una señal de velocidad de régimen basándose en una medición del ángulo de fase entre el voltaje aplicado al motor y la corriente eléctrica que fluye hacia el motor. La publicación de solicitud de patente europea número EP0827268 da a conocer un sistema para aumentar la eficacia de motores de inducción monofásicos y multifásicos.

La publicación de patente US número US5923143 da a conocer un circuito de arranque de un motor que proporciona una recuperación de la energía atrapada en los devanados del motor cuando el voltaje y la corriente de alimentación tienen polaridades opuestas controlando selectivamente el accionamiento de una pluralidad de conmutadores de alta velocidad.

La publicación de patente US número US5764021 da a conocer un método y un dispositivo para el control de velocidad de un motor de inducción AC por medio de un circuito de control que genera un voltaje de accionamiento del motor que consta de una combinación de una corriente AC e impulsos DC separados en el tiempo.

La publicación de patente US número US4800326 da a conocer un aparato y un método para controlar motores de inducción en los que un motor de inducción se conecta por medio de un triac a una alimentación. El voltaje en el triac se monitoriza por medio de un comparador para pasos de voltaje que se corresponden con la desconexión de la corrien-
te, y se desarrolla una señal en la salida de un amplificador que representa un error con respecto al desfase requerido.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un controlador según se expone en la reivindicación 1 y a un método según se expone en la reivindicación 8.

El controlador de conservación de energía de la presente invención se adapta dinámicamente al uso de energía por parte de un motor de inducción AC con respecto a la carga en el motor. Se proporcionan un primer y un segundo SCRs, que presentan cada uno de ellos una puerta respectiva y están conectados en paralelo entre sí con polaridades opuestas entre un primer nodo y un segundo nodo, para cada fase del voltaje AC aplicado. El primer nodo está conectado a una fuente del voltaje aplicado, el segundo nodo está conectado a por lo menos un devanado del motor. Un generador de señales de activación está acoplado a las puertas respectivas de los SCRs, al voltaje aplicado y al devanado del motor para controlar cada uno de entre el primer y el segundo SCRs en respuesta a la temporización respectiva de acontecimientos detectados de cruce por cero del voltaje AC y la corriente AC en el devanado del motor correspondiente al voltaje AC aplicado. Además, el primer y el segundo SCR se activan alternativamente en un estado de conducción durante cada alternancia del voltaje AC aplicado y se inhiben alternativamente del estado de conducción durante un intervalo de tiempo proporcional a una diferencia de tiempo medida entre el instante de tiempo en el que el voltaje AC en el devanado del motor pasa a través de un primer cruce por cero y el instante de tiempo en el que la corriente AC correspondiente en el devanado del motor pasa a través de un segundo cruce por cero, en donde la diferencia medida se determina como diferencia de tiempo entre una primera y segunda interrupciones sucesivas se acoplan al generador de señales de activación y se comparan con una base de tiempos de funcionamiento
continuo.

Según otro aspecto, el accionamiento de la puerta para los SCRs acoplados entre el primer y segundo nodos se abre y cierra selectivamente mediante la señal de control proporcionada por el generador de señales de activación.

En otro aspecto, el generador de señales de activación comprende una primera entrada para detectar el voltaje AC aplicado al devanado del motor; una segunda entrada para detectar la corriente AC en el devanado del motor correspondiente al voltaje AC aplicado al devanado del motor; una salida para proporcionar una señal de control de activación para controlar cada uno de entre el primer y el segundo SCRs; y un dispositivo de control que incluye una base de tiempos de funcionamiento continuo que es sensible a la primera y segunda interrupciones correspondientes respectivamente a la primera y segunda entradas para generar la señal de control de activación.

Todavía según otro aspecto, el dispositivo de control comprende un sistema de medición para medir el tiempo transcurrido entre la primera y segunda interrupciones que se producen en una fase seleccionada del voltaje AC aplicado y para calcular el producto del tiempo transcurrido y un factor predeterminado. El dispositivo de control incluye la capacidad de generar una señal de control de activación, dentro de un primer intervalo de tiempo tras el cruce por cero de la corriente en el motor durante la fase seleccionada del voltaje AC, en el que la señal de control de activación tiene una duración sustancialmente igual al producto del tiempo transcurrido y el factor predeterminado, y en el que además el primer y el segundo circuitos de accionamiento de puerta se deshabilitan mientras dura la señal de control de activación.

Breve descripción de los dibujos

Para obtener una comprensión más completa de la presente invención y sus ventajas, a continuación se hace referencia a la siguiente descripción considerada conjuntamente con las figuras de los dibujos adjuntos en las que:

la Figura 1 ilustra un diagrama de bloques de una forma de realización de un controlador de factor de potencia trifásico según la presente invención;

la Figura 2 ilustra un esquema simplificado de un controlador de factor de potencia para una fase representativa según la presente invención;

la Figura 3A ilustra las formas de onda de voltaje y corriente de una fase representativa de la potencia eléctrica conectada al devanado del motor;

la Figura 3B ilustra formas de onda de interrupción correspondientes a las señales de cruce por cero de detección de voltaje en la fase representativa del voltaje aplicado;

la Figura 3C ilustra formas de onda de interrupción correspondientes a las señales de cruce por cero de detección de corriente en una fase representativa del voltaje aplicado;

la Figura 3D ilustra una forma de onda de la señal de control de activación obtenida a partir de las señales de cruce por cero aplicadas a un circuito de accionamiento de puertas de SCR;

la Figura 4A ilustra cada fase de las formas de onda de voltaje y corriente acopladas a un motor trifásico en las que una de las fases de las formas de onda de voltaje y corriente se muestran con la zona recortada de las formas de onda que proporciona la potencia reducida entregada al motor;

la Figura 4B ilustra formas de onda correspondientes a las señales de cruce por cero de detección de corriente de la fase particular del voltaje y corriente ilustrados en la Figura 4A;

la Figura 4C ilustra una señal de control de activación que es el resultado de la detección de los acontecimientos de cruce por cero ilustrada en la Figura 4B que se aplica al circuito de accionamiento de puertas del primer y el segundo SCRs;

la Figura 5 ilustra un diagrama de flujo de la rutina principal del programa para hacer funcionar la CPU del generador de señales de activación de la presente descripción; y

la Figura 6 ilustra un diagrama de flujo para la rutina de interrupción en la que la información de cruce por cero se utiliza para generar una señal de control de activación con el fin de controlar la potencia entregada al motor por el controlador de factor de potencia de la presente invención.

Mejor modo de llevar a la práctica la invención

Haciendo referencia a continuación a la Figura 1, se muestra un diagrama de bloques de una forma de realización de un controlador 10 de factor de potencia trifásico según la presente invención. Cada sección de control de fase de la Figura 1 se identifica con una fase respectiva mediante la denominación \Phi_{1}, \Phi_{2} y \Phi_{3}. Las secciones individuales de control de fase están acopladas a y son controladas por la combinación de una CPU y un comparador compuesto mostrados también en la Figura 1 junto con una fuente de alimentación DC para proporcionar los voltajes de funcionamiento para la CPU y el comparador compuesto. En la Figura 1 se muestran también conexiones entrantes desde la fuente de alimentación AC trifásica que funciona o bien a 50 ó bien a 60 Hz así como las conexiones salientes a un motor de inducción trifásico que está controlado por el controlador de factor de potencia según la presente descripción.

En el controlador 10 de factor de potencia mostrado en la Figura 1, las fases entrantes del voltaje AC trifásico están acopladas respectivamente a lo largo de líneas L_{1}, L_{2} y L_{3}. Cada sección de control de fase incluye terminales etiquetados L_{1}, M_{1}, I_{1}, T y V_{CC}. La línea L_{1}, identificada mediante la referencia numérica 11, está acoplada a un nodo 14 y al terminal L_{1} de la sección de control de fase \Phi_{1}. La sección de control de fase \Phi_{1} se identifica mediante la referencia numérica 13. De forma similar L_{2}, identificada como la línea 18, está acoplada al nodo 21 y al terminal L_{2} de la sección 20 de control de fase (es decir, \Phi_{2}). De modo similar, la L_{3}, identificada como línea 25, está acoplada a un nodo 28 y al terminal L_{3} de la sección 27 de control de fase (es decir, \Phi_{3}). De una forma similar, una línea de voltaje AC está acoplada desde el terminal M_{1} en la sección 13 de control de fase a un nodo 16 y allí, a lo largo de la línea 12 al terminal M_{1} para su conexión al motor de inducción trifásico. La línea 19 está acoplada desde el terminal M2 de la sección 20 de control de fase al nodo 23 y allí a lo largo de la línea 19 al terminal M2 del motor. La línea 26 acopla el terminal M3 de la sección 27 de control de fase al nodo 30 y a lo largo de la línea 26 al terminal M3 del motor de inducción trifásico. En la Figura 1 se muestra también una conexión desde la fuente de voltaje AC entrante a un terminal de puesta a tierra identificado mediante la pista conductora 32 hacia el símbolo que identifica la puesta a tierra.

Continuando con la Figura 1, en el sistema trifásico de la presente descripción en el que típicamente cada una de las tres fases está equilibrada con respecto a la puesta a tierra, uno de los voltajes de las fases se selecciona como la referencia de tierra para la circuitería de control del sistema controlador de factor de potencia mostrado en la Figura 1. En la Figura 1, la referencia de tierra designada del circuito de control está conectada a la línea L_{1} en el nodo 14. Esta tierra del circuito de control se muestra por medio del símbolo de tierra conectado al nodo 33 que está conectado al nodo 14 en la Figura 1. Se apreciará que esta tierra del circuito de control acoplada al nodo 33 es una tierra flotante con respecto a la puesta a tierra por cuanto adopta el potencial que existe en la línea L_{1} en cualquier momento de tiempo determinado. Esto se produce debido a que la totalidad de la circuitería de control que funciona a un voltaje bajo está referenciada a esta tierra en particular del circuito de control en el nodo 33 y cada una de las señales de control o detección están acopladas a las secciones de control de fase a través de una circuitería de aislamiento. La circuitería de aislamiento, además de aislar la AC de alto voltaje con respecto a las secciones de control de bajo voltaje, también elimina cualquier componente DC de las señales que están acopladas entre la sección de control y las secciones individuales de control de fase.

Cada una de las secciones de control de fase comprende un par de SCRs para conmutar los voltajes AC hacia los devanados del motor. Se incluyen también la circuitería de accionamiento de puertas para controlar la conmutación de los SCRs, una circuitería de detección de cruces por cero para obtener información de temporización relacionada con el acontecimiento de cruce por cero de las fases respectivas del voltaje y la corriente AC, y el antes mencionado aislamiento de alto voltaje/bajo voltaje presente en las líneas de las señales de control y detección. De este modo, por ejemplo, la sección 13 de control de fase incluye terminales para las conexiones a la línea de voltaje AC L_{1,} a la línea de voltaje del motor M_{1}, también hacia un voltaje DC V_{CC} para parte de la circuitería de aislamiento, hacia el terminal T para señales de control de activación y desde el terminal I_{1} para detectar el cruce por cero de la señal de corriente. De modo similar, la sección 20 de control de fase tiene terminales para conexiones hacia la línea L_{2}, hacia la línea M_{2} al motor, desde la alimentación de voltaje DC V_{CC}, hacia el terminal T para la señal de control de activación y desde el terminal I_{2} para la señal de cruce por cero de detección de corriente. Finalmente, la sección 27 de control de fase incluye de forma similar el terminal L_{3} conectado a la línea de voltaje AC L_{3}, el terminal M_{3} que conecta la sección de control de fase al terminal de devanado de motor M_{3}, así como terminales para V_{CC}, la señal de control de activación T y el terminal I_{3} para la señal de cruce por cero de detección de corriente para \Phi_{3}.

Se observará también que, conectados a los nodos 14, 21 y 28, se encuentran los condensadores supresores de armónicos conectados entre el nodo identificado y la puesta a tierra, respectivamente el condensador 15, el condensador 22 y el condensador 29. De forma similar, los nodos 16, 23 y 30 están también acoplados a la puesta a tierra a través de condensadores supresores de armónicos identificados como condensador 17, condensador 24 y condensador 31. Cada uno de estos condensadores supresores de armónicos absorbe energía transitoria en forma de picos de voltaje de línea, transitorios de desconexión u otro ruido de alta frecuencia que pueda existir en las líneas de voltaje AC respectivas L_{1}, L_{2} y L_{3} ó en los conductores hacia los devanados del motor M_{1}, M_{2} y M_{3}.

Continuando con la Figura 1, se muestra una fuente de alimentación DC 34 que obtiene el voltaje AC acoplado desde la línea L_{3} en el nodo 41 a través de la línea 42, el condensador 43, el resistor 44 y el nodo 49 hacia el nodo 50 que está unido al terminal V_{S} de la CPU 35 de la sección de control. El condensador 43 actúa como filtro pasoalto junto con el resistor 44. Acoplado también al nodo 49 se encuentra el resistor 48 conectado a la tierra de la sección de control que, conjuntamente con el resistor 44, proporciona un divisor de voltaje para reducir la amplitud del voltaje AC entrante en la línea L_{3} a los nodos 49 y 50. El terminal V_{S} se proporciona para detectar el cruce por cero del voltaje AC aplicado al motor. Acoplado también al nodo 50 se encuentra un conmutador bipolar, de una vía, S_{1} identificado por el terminal de cursor 51 y los terminales 52 y 53.

El terminal 53 está acoplado a la entrada AC de la fuente de alimentación 34. La fuente de alimentación 34 incluye un circuito rectificador para convertir el voltaje AC entrante en un voltaje DC no regulado. El voltaje DC no regulado se aplica a un circuito regulador de voltaje dentro de la fuente de alimentación 34 y proporciona +5 voltios DC en el terminal de salida 37 que está conectado a la línea 38 para distribuir los +5 voltios a los diversos terminales V_{CC} de las partes de funcionamiento de la circuitería de control. La fuente de alimentación 34 está conectada desde su terminal común 39 a lo largo de la línea 40 al nodo 33 acoplado a la tierra del circuito de control. La línea 40 está acoplada además a otras diversas partes de la circuitería de control para proporcionar la conexión de tierra a los terminales V_{SS} de las secciones de control así como a partes individuales de la circuitería relacionada con la sección de control.

El conmutador S_{1}, descrito anteriormente, acopla el voltaje AC reducido o bien al terminal 53 hacia la fuente de alimentación 34 ó bien a un terminal 52 que proporciona una corriente de polarización de mantenimiento de la conexión a los circuitos de aislamiento para la señal de control de activación. Esta corriente de mantenimiento de la conexión es necesaria para mantener en una condición activa la circuitería de control de las puertas que afecta a los SCRs. Cuando se suministra potencia al circuito, la corriente de accionamiento de las puertas requerida para activar cada uno de los SCRs en sus respectivas alternancias del voltaje AC entrante se proporciona para permitir que los mismos se activen cuando el ánodo se haga positivo con respecto al cátodo. De este modo, el terminal 52 del conmutador S_{1} está acoplado a través del resistor 55 al nodo 56 y por lo tanto a lo largo de la línea 57 al terminal de activación T de la sección 13 de control de fase.

De forma similar, el terminal 52 del conmutador S_{1} está acoplado a través del resistor 58 al nodo 59 y desde allí a lo largo de la línea 60 al terminal T de la sección 20 de control de fase. Además, el terminal 52 del conmutador S_{1} está acoplado a través del resistor 61 al nodo 62 y desde allí a lo largo de la línea 63 al terminal T de la sección 27 de control de fase. La CPU 35 incluye además un terminal de activación para cada una de las secciones de control de fase descritas anteriormente. La señal de control de activación Act 1 de la CPU se suministra al nodo 56. El terminal Act2 de la CPU 35, que es la señal de control de activación para la sección 20 de control de fase, se aplica al nodo 59. De forma similar, la señal de control de activación Act3 se suministra desde el terminal Act3 de la CPU 35 al nodo 62.

Continuando con la Figura 1, se muestran también en la CPU 35 tres terminales de entrada correspondientes a cada una de las tres señales de cruce por cero de detección de corriente. Estas entradas de los terminales de la señal se identifican respectivamente como interrupción n.º 1 (Int1), interrupción n.º 2 (Int2) e interrupción n.º 3 (Int3). Las señales que representan el acontecimiento de cruce por cero de las corrientes AC respectivas en cada uno de los devanados de fase se obtienen a partir de las secciones respectivas de control de fase. Comenzando con la sección 13 de control de fase, un terminal de salida en I_{1} prevé la detección del cruce por cero de la corriente del devanado del motor y la aplicación de esa señal al terminal I_{1} del comparador 36. El comparador 36 representa un conjunto compuesto de las secciones individuales de comparador para cada uno de los devanados de fase. Cada sección de comparador incluye un filtro de entrada independiente y una sección de comparador independiente para su línea de detección de corriente respectiva. Cada uno de los comparadores está referenciado a un circuito de referencia de voltaje común. Los circuitos del comparador y el filtro se describirán a continuación en el presente documento conjuntamente con la Figura 2.

Para resumir el funcionamiento, una línea de señal de detección de corriente está acoplada desde el terminal I_{1} de la sección 13 de control de fase al terminal I_{1} del comparador 36, una línea de detección de corriente está acoplada desde el terminal I_{2} de la sección 20 de control de fase al terminal I_{2} del comparador 36 y una línea de detección de corriente está acoplada desde el terminal I_{3} de la sección 27 de control de fase al terminal I_{3} del comparador 36. De forma correspondiente, los trayectos de la señal que siguen el procesado realizado por la sección 36 del comparador están acoplados a lo largo de líneas identificadas de forma similar hacia la CPU 35. De este modo, el terminal I_{1} del comparador 36 acopla la señal de detección de corriente para la sección 13 3 de control de fase a lo largo de la línea 75 a Int1 de la CPU 35. De forma similar, la línea I_{2} de detección de corriente del comparador 36 se aplica respectivamente a lo largo de la línea 76 a Int2 de la CPU 35 y desde el terminal I_{3} del comparador 36 a lo largo de la línea 77 a Int3 de la CPU 35. El comparador compuesto 36 recibe un voltaje DC de la fuente de alimentación 34 a lo largo de la línea 38 y también está unido a la tierra del circuito de control por el nodo 33.

Continuando adicionalmente con la Figura 1, existen otras diversas características que proporcionan funciones adicionales del controlador de factor de potencia según la presente descripción. La CPU 35 incluye un oscilador interno que es controlado por un cristal 68 acoplado a los terminales X1 y X2 de la CPU 35. Este oscilador controlado por cristal actúa como base de tiempos continua para hacer funcionar la CPU 35 así como para proporcionar una referencia con el fin de realizar mediciones precisas de intervalos de tiempo. El terminal B7 de la CPU 35 está acoplado a la tierra del circuito de control a través de un resistor 69 y a un diodo emisor de luz (LED) 70 para proporcionar una indicación del estado de funcionamiento del controlador de factor de potencia según la presente descripción. El LED 70 tiene tres estados: OFF fijo indica que la CPU 35 está en estado off; ON fijo indica que la CPU 35 se ha reiniciado y está ejecutando un retardo de arranque; y un LED parpadeante 70 indica que el circuito 13 está en pleno funcionamiento para controlar la energía aplicada al motor.

En la Figura 1 se muestran también varias líneas de direcciones de la CPU 35. El terminal RA0 se muestra conectado a través del resistor 71 y un bloque 72 de puente que a su vez está acoplado a la tierra del circuito de control en la línea 40. El bloque 72 de puente proporciona la conexión del resistor 71 a tierra para cambiar el retardo de activación para la CPU 35 desde aproximadamente 30 segundos a aproximadamente entre 45 y 60 segundos en este ejemplo ilustrativo. La línea RA2 de dirección está acoplada a través del nodo 64 y el resistor 65 a la línea de voltaje DC 38. El nodo 64 está acoplado a través del resistor variable 81 a la tierra del circuito de control en la línea 40. La línea de dirección RA3 está acoplada a través del nodo 66 y el resistor 67 a la línea de voltaje DC 38. El nodo 66 está acoplado a través del resistor variable 82 a la tierra del circuito de control en la línea 40. Estos resistores variables permiten el ajuste de la duración de la señal de control de activación, es decir, la zona de recorte, tal como se describe posteriormente en el presente documento durante la descripción de la Figura 6.

Durante el funcionamiento, cada una de las secciones 13, 20 y 27 de control de fase de la Figura 1 proporciona un control del flujo de la corriente AC a lo largo de una línea de voltaje AC respectiva a través de los conmutadores SCR contenidos en la sección de control de fase. Por ejemplo, el voltaje AC aplicado al terminal L_{1} a lo largo de la línea I_{1} y al terminal L_{1} de la sección 13 de control de fase está acoplado a través de los SCRs internos cuando los mismos se encuentran en una condición de conducción y pasando por ellos desde el terminal M_{1} a lo largo de la línea 12 a un terminal M_{1} del motor de inducción trifásico. Tal como se describirá posteriormente en el presente documento, el control de los SCRs dentro de la sección de control de fase permite un ajuste del voltaje aplicado al motor en concordancia con el factor de potencia para ese devanado de fase particular del motor que es desarrollado por la acción de la CPU 35 en la sección de control. La sección de control desarrolla una señal de control de activación para controlar el circuito respectivo de accionamiento de puertas para cada uno de los pares SCR dentro de cada sección de control de fase en función del intervalo de tiempo que se produce entre el momento del cruce por cero del voltaje AC aplicado al motor y la corriente AC que fluye en el devanado del motor para esa fase en particular del voltaje aplicado. El cruce por cero del voltaje AC se detecta en un terminal respectivo V_{S} de la CPU 35 tal como se ha descrito anteriormente.

En la forma de realización ilustrativa descrita en el presente documento, habitualmente no es necesario proporcionar los mismos circuitos de filtrado y del comparador para la señal de cruce por cero de detección de voltaje ya que la misma se obtiene a partir de una fase entrante del voltaje AC y es menos probable que incluya un componente de ruido elevado o que esté sujeta a variaciones de desplazamiento de fase tal como se produce con la señal de cruce por cero de detección de corriente. No obstante, en ciertas aplicaciones es posible que pueda ser necesario algún circuito de procesado de la señal para garantizar una señal de detección de voltaje limpia, libre de ruido.

Continuando con el funcionamiento de la Figura 1, el cruce por cero de la corriente AC para la sección 13 de control de fase se detecta a lo largo de la línea 75 acoplada al terminal Int1 de la CPU 35 después de ser procesado por el comparador 36 para proporcionar una señal de detección de nivel limpia, temporizada de forma precisa y expresada completamente en niveles lógicos. Cada una de las secciones respectivas de control de fase está controlada por su propia señal de control de activación desarrollada a partir de la medición de su propio factor de potencia mediante la determinación del tiempo transcurrido entre los acontecimientos respectivos de cruce por cero para cada una de las fases de los devanados del motor. El efecto de una señal de control de activación sobre los SCRs es deshabilitar el circuito de accionamiento de las puertas durante un periodo de tiempo relacionado con el factor de potencia particular de la carga medido durante la alternancia del voltaje AC previa a la fase del voltaje que se está controlando. Esto se describe detalladamente en el presente documento en referencia a las Figuras 4A, 4B y 4C.

Haciendo referencia a continuación a la Figura 2, se muestra un esquema simplificado de un controlador de factor de potencia para una fase del voltaje AC aplicado según la presente descripción. La figura muestra la estructura interna básica de una sección de control de fase junto con el circuito de control o generador de señales de activación que es sensible a y suministra señales de control para la sección de control de fase. Acoplados entre un primer nodo 101 y un segundo nodo 102 se encuentran un primer SCR 113 y un segundo SCR 114. El ánodo de un SCR 113 está conectado al primer nodo 101 y el cátodo del SCR 113 está conectado al segundo nodo 102. De forma similar, el ánodo de un SCR 114 está conectado al segundo nodo 102 y el cátodo del SCR 114 está conectado al primer nodo 101. El terminal de puerta del SCR 113 está conectado a un nodo 105 y el terminal de puerta del SCR 114 está conectado a un nodo 106. También conectada entre el primer nodo 101 y el segundo nodo 102 se encuentra la combinación en serie de un resistor 115 y un condensador 116. El primer nodo 101 está conectado a un nodo 103 y el segundo nodo 102 está conectado a un nodo 104.

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Un circuito de accionamiento de puertas que comprende la combinación en paralelo de un resistor 117 y un diodo direccionador 119 está conectado entre el nodo 103 y el nodo 105. De forma similar, un circuito de accionamiento de puertas que comprende la combinación en paralelo de un resistor 118 y un diodo direccionador 120 está conectado entre el nodo 104 y el nodo 106. El cátodo del diodo direccionador 119 está conectado al nodo 105 y a su vez al terminal de puerta del SCR 113. De forma similar, el cátodo del diodo direccionador 120 está conectado al nodo 106 y a su vez al terminal de puerta del SCR 114. El nodo 105 está conectado a lo largo de una línea 111 a través de un resistor 139 a un terminal de un optoacoplador 136 por un lado de un triac ópticamente sensible 138 dentro del optoacoplador 136.

De forma similar, el nodo 106 está conectado a lo largo de una pista 112 al lado opuesto del triac ópticamente sensible 138 dentro del optoacoplador 136. El optoacoplador 136 está situado dentro de un generador 130 de señales de activación que se describirá posteriormente en el presente documento. El voltaje AC aplicado se aplica al terminal L_{1} que está acoplado al nodo 161 y desde allí acoplado a lo largo de una línea 107 al nodo 103. El nodo 103 está acoplado además a lo largo de una línea 109 al nodo 141 dentro del generador 130 de señales de activación. El nodo 161 está acoplado además a la puesta a tierra a través de un condensador 121 supresor de armónicos. El terminal del voltaje AC para suministrar corriente AC al devanado del motor controlado por la sección de control de fase mostrado en la Figura 2 se suministra desde el nodo 104 a lo largo de la línea 108 a través de un nodo 162 al terminal M_{1} del devanado del motor acoplado al controlador de fase mostrado en la Figura 2. El nodo 162 está acoplado a través de un condensador 122 supresor de armónicos a la puesta a tierra.

Durante el funcionamiento, la sección representativa de control de fase ilustrada en la Figura 2 proporciona el control de la conmutación del voltaje AC aplicado al devanado del motor respectivo conectado a la sección de control de fase. El SCR 113 y el SCR 114 están conectados cada uno de ellos en serie con el voltaje AC aplicado de tal manera que el voltaje aplicado suministra el voltaje necesario de ánodo-a-cátodo para que el SCR respectivo sea activado en un estado de conducción en el comienzo de cualquier alternancia del voltaje AC aplicado. A continuación, se suministra una corriente apropiada a la puerta respectiva que se habilita para conducir por la polaridad del voltaje AC que aparece entre el primer nodo 101 y el segundo nodo 102. De este modo, el SCR 113 se habilita para conducir cuando el primer nodo 101 está con un potencial positivo con respecto al segundo nodo 102 y la corriente de accionamiento de la puerta llega a través del circuito de accionamiento de puertas acoplado entre los nodos 103 y 104.

De forma similar, el SCR 114 se habilita para conducir en presencia de una corriente adecuada de accionamiento de puertas cuando la polaridad del voltaje aplicado del primer nodo 101 es negativa con respecto al segundo nodo 102. La corriente respectiva de accionamiento de puertas para el SCR 113 se suministra a través del primer circuito de accionamiento de puertas (que comprende el resistor R17 y el diodo direccionador 119) durante el tiempo en el que el primer nodo 101 es positivo con respecto al segundo nodo 102. De forma similar, el accionamiento de puerta necesario para conseguir que el SCR 114 entre en conducción se suministra a través de un segundo circuito de accionamiento de puertas (que comprende el resistor 118 y el diodo direccionador 120) por medio del nodo 106 a la puerta del SCR 114, y el segundo nodo 102 y el nodo 104 tienen un potencial positivo con respecto al primer nodo 101 y el nodo 103.

Tal como se describirá de forma detallada posteriormente en el presente documento, el triac ópticamente sensible 138 dentro del optoacoplador 136 está siempre en un estado de conducción excepto cuando se hace que se desactive mediante la señal de control de activación de la CPU 35 y se comunica a través del LED 137 dentro del optoacoplador 136. El efecto del triac 138 y el resistor en serie 139 es mantener ambos nodos 105 y 106, y por lo tanto el primer y el segundo terminales G_{1} y G_{2} de accionamiento de puertas G_{1} y G_{2}, a un potencial equilibrado, común, con respecto a un primer nodo 101 y un segundo nodo 102. Esto garantiza que cada terminal de puerta estará polarizado para ser accionado a un estado de conducción cuando el SCR respectivo adopte una polarización directa por medio del voltaje AC aplicado. Cuando el triac 138 está conduciendo, el resistor 139 y el triac en conducción proporcionan un trayecto para que el voltaje de puerta de cada SCR respectivo se polarice con respecto a la polaridad del voltaje aplicado en oposición al correspondiente del terminal de ánodo de los SCRs respectivos. Sin los trayectos de conducción a través del resistor 139 y un triac en conducción, este trayecto de referencia no existe y la puerta respectiva se deja flotante; por lo tanto, la misma no puede obtener entonces un potencial que sea positivo con respecto al voltaje de cátodo del SCR respectivo. De este modo, cuando se hace que el triac 138 entre en un estado de no conducción, se abre el trayecto equilibrador a través del resistor 139. Esta acción permite que las puertas estén flotantes e inhibe el accionamiento de las puertas para el SCR respectivo, interrumpiendo de este modo la aplicación de la corriente AC aplicada al devanado del motor. La combinación en serie del resistor 115 y el condensador 116 conectados entre el primer nodo 101 y el segundo nodo 102 proporciona una acción de restricción para limitar los transitorios de desconexión de cada SCR cuando este entra en un estado de no conducción.

Continuando con la Figura 2, a continuación se describirá la circuitería dentro del generador 130 de señales de activación. Se muestra un optoacoplador 133 que contiene un par bidireccional 134 de diodos emisores de luz en su lado de entrada y un fototransistor 135 en su lado de salida. El emisor del fototransistor 135 está acoplado a la tierra del circuito de control. El colector del fototransistor 135 dentro del optoacoplador 133 está acoplado a un nodo 142. Un resistor 143 está acoplado desde el nodo 142 al voltaje de alimentación DC a través de un nodo 151 a la línea 38 de voltaje de alimentación (no mostrada en la Figura 2). Un resistor 144 está acoplado entre el nodo 142 y tierra del circuito de control. El nodo 142 está acoplado además a un nodo 146 a través de un resistor 145, y el nodo 146 está acoplado a la entrada positiva de un comparador 148. El nodo 146 está acoplado a tierra del circuito de control a través de un condensador 147, formando de este modo un filtro pasobajo para filtrar cualquier ruido presente en la señal que aparece en el nodo 142.

El terminal de entrada negativo del comparador 148 está acoplado a una fuente de referencia de voltaje en un terminal 149. En la forma de realización ilustrativa mostrada en este caso, el voltaje de referencia proporcionado en el terminal 149 puede ser del orden de +2,5 voltios DC. La salida del comparador 148 está acoplada a un nodo 150 que a su vez está acoplado a la entrada de detección de corriente de la CPU 132 en el generador 130 de señales de activación. La CPU 132 en la Figura 2 es funcionalmente igual que la CPU 35 en la Figura 1 en la forma de realización ilustrativa. El nodo 150 está acoplado también a través de un resistor 152 como un resistor elevador (pull-up) conectado a través de un nodo 151 al voltaje de alimentación en la línea 38.

Volviendo a continuación al optoacoplador 133 en la Figura 2, se observará que el diodo bidireccional emisor de luz 134 está acoplado por un lado a la línea 110 al nodo 104 en el circuito de control de fase. El lado opuesto del diodo bidireccional emisor de luz 134 está acoplado a través del resistor 140 al nodo 141 que está conectado a la fuente de voltaje AC aplicado al circuito. Durante el funcionamiento, cuando el voltaje aplicado a ambos lados del diodo bidireccional emisor de luz 134 está al mismo potencial, ninguno de los LEDs bidireccionales podrá conducir y por lo tanto los mismos se encuentran ambos en estado off y no se está emitiendo ninguna luz que pueda ser captada por el fototransistor 135. Esta condición surge siempre que no hay corriente fluyendo entre el terminal L_{1} y el terminal M_{1} debido a que ambos SCRs están en un estado de no conducción, surgiendo dicha condición cuando la corriente entre el primer nodo 101 y el segundo nodo 102 está en una condición de cruce por cero. En este instante, los LEDs bidireccionales 134 se desactivan y eliminan la señal de accionamiento de la base del fototransistor 135 provocando que su colector se eleve hasta el voltaje DC aplicado. Cuando este voltaje se eleva superando el nivel del valor de referencia de voltaje presente en el terminal 149, el comparador 148 cambia de estado y proporciona una señal lógica en su máxima expresión a la entrada de detección de corriente de la CPU 132.

Continuando ahora con el generador 130 de señales de activación ilustrado en la Figura 2, se observará que el diodo emisor de luz 137 dentro del optoacoplador 136 recibe su corriente de funcionamiento de la fuente de voltaje DC a través de un resistor 154 y un nodo 153 hacia el ánodo del LED 137. El cátodo del LED 137 está conectado a la tierra del circuito de control. El nodo 153 está acoplado además a la salida de activación de la CPU 132. Durante el funcionamiento, tal como se ha explicado anteriormente, una señal de control de activación suministrada por la CPU 132 provoca que el nodo 153 caiga a un nivel lógico bajo que desactiva el LED 137 provocando que el circuito de salida que comprende el triac 138 y el resistor 139 se convierta en un circuito abierto. En el generador 130 de señales de activación se muestra también un circuito de detección de voltaje en el que el terminal de detección de voltaje de la CPU 132 está acoplado a través del nodo 155 y el resistor 160 a un terminal 157 de un cursor de un conmutador monopolar de doble guía. El otro lado del cursor se muestra conectado a un terminal 158 el cual también está acoplado al nodo 141 y acoplado sucesivamente al voltaje AC aplicado, en el terminal L_{1}. El terminal 158 del conmutador se muestra etiquetado como monofásico y un terminal 159 se muestra etiquetado como trifásico con una flecha que indica que debe usarse cuando el conmutador se fije para el funcionamiento trifásico.

En la condición de funcionamiento trifásico, la línea de detección de voltaje está conectada a la línea L3 para obtener una señal de cruce por cero de voltaje AC. En cualquiera de los casos, la señal de cruce por cero de voltaje AC está acoplada desde el terminal 157 a través de un resistor 160 y un nodo 155 al terminal de detección de voltaje de la CPU 132. El nodo 155 está acoplado a tierra a través de un resistor 156. El resistor 156 y un resistor 160 forman un divisor de voltaje para reducir el valor relativamente alto del voltaje AC aplicado, a un nivel que pueda ser tolerado por el puerto de entrada de la CPU 132. Debido a la acción divisora de reducción de los resistores 156 y 160, y al hecho de que el voltaje de línea aplicado al terminal V_{S} es muy pequeño - típicamente menor que +5 voltios de pico-a-pico- así como que está acoplado en AC (a través del C_{3}), no se requiere ningún otro aislamiento en la línea de detección V_{S}. Durante el funcionamiento, la CPU 132 calcula la diferencia de tiempo entre la llegada de una señal de cruce por cero en el terminal de detección de voltaje y la señal de cruce por cero que llega al terminal de detección de corriente para determinar una medición del factor de potencia de la carga acoplada al motor. La CPU 132 usa esta medición de tiempo para calcular la duración de la señal de control de activación que se suministra en el terminal de activación de la CPU 132. La relación de las señales de cruce por cero suministradas a los terminales de detección de voltaje y de corriente y el desarrollo de la señal de control de activación se describirán a continuación en el presente documento con respecto a las Figuras 3 y 4.

Haciendo referencia a continuación a la Figura 3A, se ilustran las formas de onda de voltaje y corriente de una fase representativa de la potencia eléctrica conectada al devanado del motor. La forma de onda de corriente 202 se muestra retardada con respecto a la forma de onda de voltaje 201, tal como es típico en el devanado de un motor de inducción. En la Figura 3A se muestra un ciclo de la forma de onda de voltaje 201 y de la forma de onda de corriente 202 correspondiente que comienzan respectivamente con los cruces por cero que se producen en los instantes de tiempo 204 (voltaje) y 205 (corriente). Estas formas de onda muestran el efecto del circuito de control descrito anteriormente conjuntamente con la Figura 2 con respecto a la reducción del voltaje aplicado al motor. El voltaje en el motor, efectivamente, se desconecta durante una breve fracción de cada alternancia positiva y negativa del voltaje AC aplicado.

La cantidad de tiempo que se desconecta el voltaje AC aplicado durante cada alternancia es proporcional al factor de potencia que se calcula a partir del intervalo de tiempo que se produce entre dos interrupciones sucesivas correspondientes al cruce por cero del voltaje aplicado y la corriente aplicada respectivos a través del devanado del motor. De este modo, en la Figura 3A, la parte OFF del voltaje aplicado aparece como el intervalo 203 correspondiente a la anchura de impulso de la señal de control de activación (por describir) que se genera basándose en el tiempo transcurrido entre el cruce por cero del voltaje en el instante de tiempo 204 y el cruce por cero de la corriente en el instante de tiempo 205. La señal de control de activación finaliza en el instante de tiempo 206. Al final de la señal de control de activación, el voltaje se eleva a su valor de pico nominal y vuelve a su forma de onda sinusoidal.

Se observa el mismo efecto en la alternancia negativa en la que tras la interrupción del cruce por cero del voltaje en un instante de tiempo 207 y la interrupción del cruce por cero de la corriente en el instante de tiempo 208 la señal de control de activación se aplica una vez más al circuito de accionamiento de puertas de los SCR y provoca que la forma de onda de voltaje 201 se desconecte durante una fracción de tiempo antes de ser restituida a la forma de onda sinusoidal mostrada en la Figura 3A. De esta manera, desconectando el voltaje aplicado durante periodos breves controlados durante cada alternancia de cada ciclo, el voltaje medio aplicado al devanado del motor se reduce para compensar el gran factor de potencia que se desarrolla cuando el motor tiene una carga ligera. Esta reducción en la potencia media entregada a la carga tiende a devolver el factor de potencia a un intervalo eficaz.

Durante cada alternancia del voltaje aplicado, la corriente retardada correspondiente al voltaje aplicado se reduce también a cero durante el intervalo OFF del voltaje aplicado comenzando, tal como con el voltaje, en el instante de tiempo en el que la corriente pasa a través de cero. Se observará también en la Figura 3A que, cuando la corriente comienza a fluir hacia el devanado del motor después del final del periodo OFF, la corriente no se eleva instantáneamente al valor que se hubiera producido sin la desactivación del voltaje AC aplicado, por medio del generador de señales de activación; por el contrario, se eleva de una forma aproximadamente sinusoidal y una vez más cruza por cero en un instante de tiempo 208 correspondiente a la magnitud según la cual la forma de onda de corriente está retardada con respecto a la forma de onda de voltaje. La razón de esto es que la corriente en una inductancia no puede cambiar inmediatamente sino que por el contrario requiere cierta cantidad de tiempo para cargar la inductancia del devanado. Se repite, evidentemente, el mismo efecto en cada alternancia sucesiva de la corriente en los devanados en correspondencia con el voltaje AC aplicado.

En referencia a continuación a la Figura 3B, se ilustra una serie de impulsos de interrupción correspondientes a las señales de cruce por cero de detección de voltaje en la fase representativa del voltaje aplicado. En la Figura 3B, se produce una transición negativa muy breve en cada instante de tiempo en el que la forma de onda de voltaje AC aplicado pasa a través de cero. Esta transición negativa se muestra en forma de un impulso breve que pasa a negativo el cual vuelve al nivel lógico alto casi inmediatamente tras el acontecimiento de cruce por cero. De este modo, la forma de onda 211 incluye, para cada acontecimiento de cruce por cero, una transición negativa 213 a un nivel bajo lógico y vuelve a través de una transición positiva 214 al nivel lógico alto de la forma de onda 211 hasta el siguiente acontecimiento de cruce por cero del voltaje AC aplicado. De este modo, se desarrolla un tren de impulsos negativos que presenta una frecuencia de repetición de 120 ciclos por segundo para una alimentación AC de 60 ciclos, o en el caso de una alimentación AC de 50 ciclos, la frecuencia de repetición sería 100 Hz. Estas interrupciones se desarrollan dentro de la CPU 35 en respuesta al voltaje V_{S} que aparece en el terminal de detección de voltaje de la CPU 35.

Haciendo referencia a continuación a la Figura 3C, se ilustra una serie de impulsos de interrupción correspondientes a las señales de cruce por cero de detección de corriente en una fase representativa del voltaje aplicado. Las formas de onda en la Figura 3C tienen un aspecto muy similar al de las formas de onda de interrupción de la Figura 3B con la excepción de que el borde posterior del impulso correspondiente a un acontecimiento de activación se retarda durante el periodo en el que la corriente es cero debido a que ambos SCRs están en off hasta el final del control de la puerta y el voltaje aplicado se aplica una vez más al motor. De este modo, la señal de interrupción correspondiente a los cruces por cero de la corriente normalmente presenta un nivel lógico alto hasta que se produce un acontecimiento de cruce por cero tras lo cual la señal experimenta una transición negativa muy rápida a un nivel lógico bajo y, a no ser que haya una señal de control de activación presente, volverá casi inmediatamente a lo largo de una transición positiva muy rápida a la señal lógica de nivel alto nominal.

No obstante, si se aplica una señal de control de activación, entonces la señal de cruce por cero que se detecta en el terminal del devanado del motor permanece a un nivel lógico bajo hasta el final de la señal de control de activación. En la Figura 3C, se muestra una sucesión de tres periodos de control de activación, uno para cada una de tres alternaciones sucesivas del voltaje AC aplicado correspondiente a la forma de onda ilustrada en la Figura 3A. En la Figura 3C, un nivel lógico alto 215 se convierte en una transición negativa 217 en el instante de un acontecimiento de cruce por cero de la corriente en el devanado del motor y cae a un nivel lógico bajo 216 hasta que se recupera, a lo largo de una transición positiva 218, al nivel alto nominal 215. El nivel lógico bajo correspondiente al periodo en el que una señal de control de activación está activa se muestra como el nivel lógico bajo 219 en la Figura 3C.

La Figura 3D ilustra la señal de control de activación que, durante el periodo en la que está activa, es muy similar a la forma de onda de interrupción correspondiente a los acontecimientos de cruce por cero del voltaje aplicado y la corriente durante el periodo en el que la señal de control de activación está activa. Nuevamente, un nivel lógico alto 220 viene seguido por una transición negativa 222 a un nivel lógico bajo 221 en el que la señal permanece hasta que el final de la señal de control de activación viene seguido por una transición de elevación 223 al nivel lógico alto nominal 220. Comparando la Figura 3B y la Figura 3C, se observará que la transición negativa de las señales de detección proporciona las interrupciones y la información necesaria para realizar una aproximación al factor de potencia del motor. El tiempo transcurrido entre los acontecimientos de cruce por cero se obtiene restando el primer instante de tiempo de un acontecimiento de cruce por cero del voltaje del instante de tiempo posterior del acontecimiento de cruce por cero de la corriente y usando este intervalo de tiempo para calcular la duración de la señal de control de activación que se necesita para reducir el voltaje AC aplicado medio a la magnitud necesaria para devolver dentro de un intervalo razonable y eficaz el factor de potencia correspondiente a una carga ligera. Tal como se ha descrito anteriormente, la forma de onda de control de activación mostrada en la Figura 3D controla la abertura del circuito de puerta SCR compuesto por el R139 y el triac 138 dentro del optoacoplador 136 mostrado en la Figura 2. Cuando se abre el circuito de puerta SCR, el SCR entra en un estado de no conducción o bloqueo.

Haciendo referencia a continuación a la Figura 4A, se ilustran tanto una forma de onda de voltaje 250 como una forma de onda de corriente 251 para un sistema trifásico en el que un ciclo de la forma de onda 250 de voltaje trifásico muestra el efecto del controlador del factor de potencia sobre las formas de onda de voltaje y corriente para ese ciclo en particular. Los acontecimientos de cruce por cero para el voltaje aplicado se producen en los instantes de tiempo 254 y 256 en la Figura 4A: de forma similar, los instantes de tiempo para la aparición de los acontecimientos de cruce por cero de la forma de onda de corriente se producen respectivamente en los instantes de tiempo 255 y 257. La diferencia de tiempo que se produce entre las interrupciones de cruce por cero respectivas de voltaje y corriente se usa para calcular la duración del periodo de control para cada alternancia de la forma de onda de voltaje aplicado. Este periodo de control, al que en ocasiones se denomina también zona de recorte 252, en la parte positiva, y zona de recorte 253 en la parte negativa, de la forma de onda 250 del voltaje de fase tres, representa el tiempo durante el cual el voltaje AC se interrumpe o elimina de los devanados del motor a los que está conectado esa fase tres.

Una vez más, en la Figura 4A se observa que la forma de onda de corriente 251 resultante en la fase tres adopta una característica sinusoidal entre el final del control de activación o zona de recorte 252 y el acontecimiento subsiguiente de cruce por cero en un instante de tiempo 257 que se produce tras el cruce por cero del voltaje AC aplicado según la magnitud particular de retardo de fase entre la corriente y el voltaje para ese devanado del motor. La Figura 4B en este ejemplo ilustrativo muestra las señales de detección de cruce por cero tanto para el voltaje como para la corriente en la fase tres en particular ilustrada en la Figura 4A. A una señal 258 de detección de voltaje para la fase tres le sigue en el tiempo una señal 259 de detección de corriente para la fase tres. De forma similar, en la alternancia sucesiva en la dirección negativa, se muestra una señal 260 de detección de voltaje para la fase tres seguida por una señal 261 de detección de corriente para la fase tres.

Haciendo referencia a continuación a la Figura 4C, se muestra la señal de control de activación para la fase tres correspondiente a las señales de detección de cruce por cero ilustradas en la Figura 4B. Puede observarse fácilmente que la temporización de la señal de control de activación comienza en el inicio de la señal de cruce por cero de la corriente y continúa durante la zona de recorte 252 hasta que la señal de control de activación vuelve una vez más al nivel lógico alto en una transición 263 para la alternancia que pasa a positivo de la fase tres de la forma de onda 250 del voltaje aplicado, mostrado en la Figura 4A. De forma similar, la señal de control de activación para la alternancia negativa de la fase tres se muestra también en la Figura 4C con una transición negativa 264 que viene tras el intervalo de la zona de recorte en una transición 265 de vuelta al nivel lógico nominal alto.

Se puede señalar una relación sencilla tal como se muestra en la Figura 4C en la que el tiempo entre los acontecimientos de cruce por cero del voltaje y de la corriente - y las interrupciones correspondientes - se identifica como \DeltaT_{3} y la duración de la zona de recorte que sigue a la interrupción de cruce por cero de la corriente se identifica como \Delta\Phi_{3}. \DeltaT_{3} se corresponde con el factor de potencia de la carga en el devanado del motor y \Delta\Phi_{3} se corresponde con la duración de la zona de recorte, es decir, el periodo de control de la misma alternancia para la que se ha realizado la medición del factor de potencia. Se observará que estas dos variables están relacionadas por un sencillo factor que depende del tipo de motor que se esté controlando.

Haciendo referencia a continuación a la Figura 5, se ilustra un diagrama de flujo simplificado que ilustra la rutina del programa principal para el controlador del factor de potencia de la presente descripción. El flujo comienza en un bloque 302 en el que el programa se inicia cuando se aplica potencia al sistema o cuando el sistema se ha reiniciado. El flujo prosigue hacia un bloque 304 en el que la CPU se desplaza a través de la rutina para configurar todos los registros en la CPU, para disparar todos los SCRs de las secciones de control de fase de manera que se pueda aplicar potencia al motor, y para fijar los valores preestablecidos de los temporizadores. Después de esto, el flujo prosigue hacia un bloque 306 en el que la rutina lee la entrada de retardo de arranque hacia el sistema y provoca que el LED de estado se ilumine continuamente. El retardo de arranque al que se hace referencia en el bloque 306, tal como se ha descrito anteriormente en el presente documento, es el retardo fijado por el puente 72 que conecta el resistor 71 a la tierra del circuito de control. Este retardo, con el puente eliminado, es del orden de 30 segundos; con el puente en su posición el retardo se alarga hasta el intervalo de entre 45 y 60 segundos. En un bloque 308, la rutina realiza una comprobación para asegurarse de que el retardo se ha ejecutado completamente y prosigue hacia un bloque 310 en el que la rutina fija las interrupciones y fija el LED de estado a una condición parpadeante que indica que la CPU está controlando el funcionamiento del controlador del factor de potencia.

Tras el bloque 310, la rutina del programa principal prosigue hacia un bloque 312 y se realizan las operaciones principales de la CPU en un bucle que comienza con la desactivación del temporizador de vigilancia (watchdog) en un bloque 312 seguido por un flujo de la rutina hacia un bloque 314 para comprobar los conversores analógicos a digitales en relación con ajustes de recorte que han sido calculados y si se encuentran ajustes de recorte entonces la CPU almacena los ajustes de recorte para su uso posterior durante las interrupciones apropiadas que se describirán posteriormente en el presente documento. Los ajustes de recorte son cambios a realizar sobre la duración de la señal de control de activación. Tras la ejecución de las etapas principales del programa, la rutina del programa principal prosigue desde un bloque 314 a un bloque de decisión 316 en el que comprueba si se ha desactivado o no la alimentación de potencia hacia el sistema; si el resultado es afirmativo, entonces el flujo prosigue hacia un bloque 318 en el que la rutina finaliza y el sistema está en off.

No obstante, si la potencia todavía está activada, entonces el flujo vuelve a la etapa ilustrada en un bloque 312 para desactivar el temporizador de vigilancia y la rutina del programa principal prosigue a través de sus actividades funcionales principales. Tal como se ha establecido anteriormente, una interrupción se puede producir en cualquier instante de tiempo durante el funcionamiento de la rutina del programa principal. La CPU para el controlador del factor de potencia de la presente descripción se ha programado para prestar servicio a estas interrupciones en tanto que las mismas se produzcan durante el bucle del programa principal representado por los bloques 312 y 314. Las interrupciones a las que presta servicio la rutina del programa principal se describen en el diagrama de flujo ilustrado en la Figura 6 que se describirá posteriormente en el presente documento.

Haciendo referencia a continuación a la Figura 6, se ilustra la rutina para procesar las interrupciones que se pueden producir en el controlador del factor de potencia de la presente descripción. Se entra en la rutina en un bloque 320 cuando se produce una interrupción, seguido por un bloque 322 en el que la rutina memoriza el contador del programa y el acumulador en la pila para su uso cuando se haya prestado servicio a la(s) interrupción(es) y el flujo vuelve al programa principal. La rutina de interrupciones de la Figura 6 proporciona una prestación de servicio para tres tipos de interrupciones esenciales para el funcionamiento del controlador del factor de potencia. Estos tres tipos de interrupciones se representan mediante bloques de decisión 324, 326 y 328. El bloque de decisión 324 representa la aparición de una interrupción para una señal que representa un acontecimiento de cruce por cero del voltaje que, en la forma de realización ilustrativa, se produce cuando el voltaje AC de la línea 3 cruza a través del punto cero en tanto que detectado por un pin de interrupción. Si la interrupción no fuera de este tipo, entonces el flujo prosigue hacia el bloque de decisión 326 en el que la rutina determina si la interrupción que está presente es una interrupción de temporizador, es decir, un temporizador que funciona a 128 veces la frecuencia de la línea de alimentación en el ejemplo
ilustrativo.

Este temporizador proporciona la división del periodo de la frecuencia de la línea de alimentación en 128 fracciones iguales para proporcionar una base de tiempos para el funcionamiento del controlador del factor de potencia de manera que determine la temporización asociada a la medición del intervalo del cruce por cero, \DeltaT, y el cálculo de la duración \Delta\Phi de la señal de control de activación (por ejemplo, 266 en la Figura 4C) generada por la CPU 132 en el generador 130 de señales de activación según se muestra en la Figura 2. Si la interrupción a la que se presta servicio en el bloque 326 no es una interrupción de temporizador, entonces el flujo prosigue hacia un bloque 328 en el que la rutina determina si la interrupción se corresponde con la aparición de un acontecimiento de cruce por cero de la corriente en el motor. Si el resultado de esta determinación es negativo, entonces el flujo prosigue hacia un bloque 330 en el que la rutina de interrupción restablece el control sobre el contador del programa y el acumulador y, en un bloque 332, vuelve al programa principal.

Volviendo a continuación al bloque de decisión 324, si la interrupción que está presente representa el cruce por cero del voltaje AC en la línea 3, entonces el flujo prosigue a lo largo del trayecto etiquetado "sí" hacia un bloque 334 en el que el contador interno comienza a contar desde cero hacia el instante de tiempo en el que se produce una interrupción que representa el cruce por cero de la corriente para medir el intervalo \DeltaT entre el acontecimiento de cruce por cero del voltaje y el acontecimiento de cruce por cero de la corriente para la línea 3 del voltaje AC aplicado. Cuando se produce el acontecimiento de cruce por cero de la corriente, el flujo prosigue volviendo a la entrada del bloque de decisión 324 que está identificado también como el punto A en la rutina de interrupciones y se toma una decisión en el bloque de decisión 324 sobre si la interrupción que se acaba de producir es un acontecimiento de cruce por cero del voltaje en la línea 3. En este caso en particular, el flujo proseguirá desde el bloque de decisión 324 al bloque de decisión 326 ya que la interrupción que se acaba de producir no era un acontecimiento de cruce por cero del voltaje en la línea 3.

En el bloque de decisión 326, la rutina comprueba si la interrupción que se acaba de producir fue provocada por el temporizador interno y, en este caso, el resultado es negativo de modo que el flujo prosigue hacia un bloque 328 en el que se toma una determinación sobre si la interrupción que se acaba de producir es un acontecimiento de cruce por cero de la corriente. En este caso, el resultado es afirmativo y el flujo prosigue a lo largo del trayecto etiquetado "sí" hacia un segundo nivel de bloques de decisión 352, 362 y 368. En el bloque de decisión 352, la rutina determina si la interrupción que representa un acontecimiento de cruce por cero de la corriente se produjo en la línea 3. Si la determinación es afirmativa, entonces el flujo prosigue a lo largo del trayecto etiquetado "sí" hacia un bloque 354 en el que la rutina calcula la duración de la zona de recorte que, tal como se ha descrito previamente, es la misma que la duración de la señal de control de activación (por ejemplo, 266 en la Figura 4C) a generar por la CPU 132.

La duración \Delta\Phi de la señal de control de activación (por ejemplo, 266 en la Figura 4C) determina la duración de la zona de recorte en una relación biunívoca. La señal de control de activación, al provocar la deshabilitación de los circuitos de accionamiento de puertas para los SCRs en cada sección de control de fase, provoca que el SCR en la alternancia respectiva entre en un estado de no conducción durante el periodo de la zona de recorte. De este modo, la zona de recorte representa el periodo en el que el voltaje AC hacia el devanado del motor está interrumpido. La duración de esta zona recortada del voltaje AC es una función de la magnitud del retardo de fase de la corriente en el devanado del motor con respecto al acontecimiento de cruce por cero del voltaje para la fase asociada del voltaje AC aplicado al devanado del motor. En la forma de realización ilustrativa, la relación de la duración de la señal de control de activación en general es algún múltiplo predeterminado de la duración \DeltaT del tiempo transcurrido entre el acontecimiento de cruce por cero del voltaje y el acontecimiento del cruce por cero de la corriente para esa fase particular.

Por ejemplo, en motores que funcionan a 240 voltios AC, trifásicos, la duración del impulso de activación soporta una relación biunívoca con la duración del intervalo de cruce por cero \DeltaT. De este modo, en este ejemplo, la cantidad de tiempo en la que la forma de onda del voltaje estará interrumpida es igual al tiempo transcurrido que se produzca entre los acontecimientos de cruce por cero para la fase en particular que sea controlada por la señal de control de activación. Esta relación biunívoca se puede modificar mediante un ajuste de recorte que se suma a la duración del recorte o la anchura del impulso de la señal de control de activación \Delta\Phi para adelantar o retardar el borde posterior de la señal de control de activación. Posteriormente en el presente documento se describirá el ajuste del recorte. De forma similar, en otro ejemplo para motores trifásicos que funcionen a 480 voltios AC, la duración de la zona de recorte se determina dividiendo el intervalo de cruce por cero \DeltaT por dos y sumando un ajuste de recorte para adelantar o retardar el borde posterior de la señal de control de activación para ese tipo particular de motor.

El ajuste de recorte realizado sobre la duración de la zona de recorte, es decir, la anchura del impulso de la señal de control de activación \Delta\Phi, se determina a partir de la fijación de potenciómetros en el generador de señales de activación conectados a pins designados de la CPU 35 mostrada en la Figura 1. Los pins designados de la CPU 35 para estas conexiones de los potenciómetros son RA2 y RA3. Los potenciómetros forman la mitad inferior de un divisor de voltaje conectado entre la línea de +5 voltios V_{CC} 38 y la tierra del circuito de control en la línea 40. RA2 en la CPU 35 está conectado al nodo 64 que es la unión entre el resistor 65 y el potenciómetro 81. El potenciómetro 81 proporciona la fijación del ajuste de recorte para motores de 240 VAC en este ejemplo ilustrativo. De forma similar, en RA3 de la CPU 35 está conectado al nodo 66 que forma la unión del resistor 67 y el potenciómetro 82.

El potenciómetro 82 proporciona la fijación del ajuste de recorte para motores de 480 VAC. Cuando el potenciómetro 82 se fija a su resistencia máxima, no se suma ningún tiempo adicional a la duración del intervalo de cruce por cero \DeltaT para fijar la anchura del impulso de la señal de control de activación (266). Como la resistencia del potenciómetro 82 se reduce, el voltaje en el pin RA3 en la CPU 35 también se reduce lo cual tiene el efecto de adelantar la aparición del borde posterior de la señal de control de activación, es decir, acortar la anchura del impulso de la señal de control de activación. Cuando el potenciómetro 81 se fija a su resistencia mínima, el voltaje en el pin RA2 se fija a su valor mínimo. Cuando la resistencia del potenciómetro 81 aumenta, el efecto es retardar la temporización del borde posterior de la señal de control de activación; es decir, alargar la anchura del impulso de la señal de control de activación.

Continuando con los dos ejemplos para los motores trifásicos de 240 voltios AC y los motores trifásicos de 480 voltios AC antes descritos, se describieron las fijaciones predeterminadas para determinar el ajuste de recorte sobre la anchura del impulso para las señales respectivas de control de activación para estos dos tipos de motores. Se apreciará que estos dos ejemplos son ilustrativos de solamente dos de entre numerosas posibles disposiciones en el control de la anchura del impulso para controlar la potencia entregada a cada fase de una máquina trifásica o incluso a una máquina monofásica. De este modo, ya se utilice ajuste de recorte o alguna otra expresión para denominar el ajuste, estos ejemplos son ilustrativos de la variedad de formas en las que se puede determinar la anchura del impulso de la señal de control de activación para cualquier aplicación particular.

Volviendo a continuación a la Figura 6 en un bloque 356, la rutina fija la duración de la zona de recorte y la ajusta según la fijación de los potenciómetros 81 y 82 externos a la CPU 35 tal como se muestra en la Figura 1. El flujo a continuación prosigue hacia un bloque 358 en el que la rutina fija la anchura del impulso de la señal de control de activación para la fase tres a la duración del recorte según se ajuste en el bloque 356. El flujo a continuación prosigue hacia un bloque 360 que representa la aplicación de la señal de control de activación al circuito de accionamiento de puertas SCR dentro de la sección de control de la fase tres (27 en la Figura 1) para provocar que la sección 27 de control de fase recorte la línea 3, es decir, inhiba la circuitería de accionamiento de puertas dentro de la sección 27 de control de fase para provocar que el SCR correspondiente a la alternancia particular del voltaje AC aplicado se desactive tras el acontecimiento de cruce por cero hasta que el accionamiento de las puertas sea restablecido por el borde posterior de la señal de control de activación. Desde el bloque 360, el flujo a continuación prosigue a lo largo de la línea hacia el punto A que, tal como se ha descrito anteriormente, devuelve la rutina a la entrada al bloque de decisión 324.

Haciendo referencia a continuación al bloque 352 de la Figura 6, en el caso de que el acontecimiento de cruce por cero de la corriente no se produjera con la línea AC 3, entonces el flujo prosigue a lo largo del trayecto identificado como "no" hacia el bloque de decisión 362 en el que se toma una determinación sobre si la fase particular a la que está asociado el acontecimiento de cruce por cero de la corriente es la fase dos. Si el resultado de la determinación en el bloque 362 es afirmativo, entonces el flujo prosigue hacia un bloque 364 en el que la duración del recorte para la fase dos se fija igual a la duración del recorte más un ajuste según se determine en el bloque 356. Es importante señalar que el ajuste de la duración del recorte que se produce en el bloque 356 se utiliza para determinar la duración del recorte para cada una de las fases del devanado del motor. De este modo, una vez que la misma se ha determinado para la fase tres en el bloque 356, a continuación se usa el mismo valor para fases sucesivas hasta que el valor se actualiza o se vuelve a calcular en el bloque 356 cuando la rutina de interrupciones está prestando servicio al intervalo de tiempo entre el cruce por cero del voltaje y el cruce por cero de la corriente para la fase tres.

Volviendo a continuación al bloque 364, después de que la duración del recorte para la fase dos se fije igual a la duración del recorte calculado en el bloque 356, a continuación el flujo prosigue hacia un bloque 366 tras lo cual el generador de señales de activación da salida a una señal de control de activación para la fase dos y provoca la inhibición de la circuitería de accionamiento de puertas para el SCR correspondiente en la sección de control de fase para la fase dos tal como se ha explicado anteriormente para el bloque 360. Después de la generación del control de activación para la fase dos, a continuación el flujo prosigue nuevamente hacia el punto A en el que vuelve al bloque de decisión 324 de entrada. Volviendo a continuación al bloque de decisión 362, si se determinó que el acontecimiento de cruce por cero de la corriente no se produjo con la línea de fase dos, entonces el flujo prosigue a lo largo del trayecto identificado como "no" hacia un bloque de decisión 368 que toma una determinación sobre si el acontecimiento de cruce por cero de la corriente se produjo en la fase uno.

Si el resultado es negativo, el flujo prosigue a lo largo de un trayecto identificado como "no" hacia el punto A en el que vuelve a la entrada del bloque de decisión 324. No obstante, si el resultado de la determinación en el bloque 368 es afirmativo, entonces el flujo prosigue hacia un bloque 370 en el que la rutina fija la duración del recorte para la fase uno igual a la duración del recorte determinada en el bloque 356 y a continuación prosigue hacia un bloque 372 en el que se genera la señal de control de activación para la fase uno que tiene la duración determinada en el bloque 370, provocando que el SCR correspondiente a la alternancia particular del voltaje AC aplicado se convierta en no conductor, bloqueando de este modo la aplicación del voltaje AC al devanado del motor respectivo mientras dure la anchura del impulso de la señal de control de activación. Después de esto, el flujo prosigue hacia el punto A y de vuelta a la entrada del bloque de decisión 324 para evaluar nuevamente la siguiente interrupción.

Volviendo a continuación al bloque de decisión 326 que determina si la interrupción recibida fue provocada por el temporizador interno y al caso en el que la determinación resultante fue afirmativa, el flujo prosigue hacia el bloque 336 tras lo cual el contador que cuenta los incrementos de tiempo que constituyen la duración de la zona de recorte, es decir, la anchura de impulso de la señal de control de activación, se recarga con el valor de recarga correspondiente a la duración del recorte más cualquier ajuste que se proporcionó. Después de haber recargado el temporizador, el flujo prosigue hacia el bloque 338 en el que la rutina incrementa o decrementa los contadores según sea necesario hacia el final de la zona de recorte. Mientras se realiza el recuento, la rutina de interrupciones realiza una comprobación para determinar sobre qué zona de recorte se está realizando el recuento y si ese recuento en particular para esa zona de recorte ha alcanzado el cero correspondiente al final de la zona de recorte. De este modo, comenzando con el bloque de decisión 340, la rutina determina si el contador para la zona de recorte tres ha alcanzado el cero y si el resultado es "sí" en el bloque 342, se detiene el recuento marcando el final de la zona de recorte que es equivalente al borde posterior del impulso de la señal de control de activación. A continuación, el generador de señales de activación da salida a una transición positiva para finalizar la zona de recorte para esa alternancia.

El flujo a continuación prosigue hacia el punto A en el que la rutina vuelve a la entrada al bloque 324. Volviendo a continuación al bloque 340 en el que se toma la decisión para determinar si el contador correspondiente a la zona de recorte tres 3 ha alcanzado el cero y la respuesta es negativa, entonces el flujo prosigue hacia el bloque de decisión 344 que busca determinar si la zona de recorte que se está procesando se corresponde con la fase dos y en caso afirmativo, si el contador ha alcanzado el cero. Si la respuesta es afirmativa, entonces el flujo prosigue hacia el bloque 346 en el que se detiene el recuento de la zona de recorte en cero y se señaliza el generador de señales de activación para finalizar la zona de recorte dando salida a un borde posterior de transición positiva hacia el impulso de la señal de control de activación para la fase dos. Nuevamente, a continuación el flujo prosigue hacia el punto A y de vuelta hacia el bloque de decisión 324.

Volviendo al bloque de decisión 344, si la zona de recorte que se está procesando no es la fase dos o el recuento no ha alcanzado el cero entonces el flujo prosigue hacia el bloque de decisión 348. En el bloque 348 se determina si la fase que se está procesando es la fase uno y el contador correspondiente a esta fase ha alcanzado el cero; si el resultado es "no", entonces el flujo prosigue hacia el punto A y de vuelta a la entrada del bloque 324 para continuar con el procesado de la rutina de interrupciones. No obstante, si en el bloque de decisión 348 se determina que la zona de recorte actual es la fase uno y que la misma ha alcanzado el cero, entonces el procesado fluye a lo largo del trayecto "sí" hacia el bloque 350 en el que se detiene el contador destinado a contar en sentido descendente el valor de tiempo para la zona de recorte uno y el generador de señales de activación da salida a un borde posterior que pasa a positivo y la zona de recorte para la fase uno tras lo cual el flujo continúa de vuelta hacia el punto A, y vuelve a la entrada del bloque de decisión 324 para continuar con el procesado de interrupciones subsiguientes.

Aplicabilidad industrial

El controlador 10 del factor de potencia de conservación de energía de la presente invención está destinado a controlar la potencia eléctrica entregada a motores AC que se hacen funcionar bajo condiciones variables de carga mecánica, por ejemplo, motores de inducción AC monofásicos y trifásicos que accionan unidades de bombeo que extraen petróleo de depósitos subterráneos. Dichas unidades de bombeo se cargan alternativamente con barras de bombeo y contrapesos opuestos dos veces por cada ciclo de bombeo. Por otra parte, dos veces en cada ciclo las dos cargas opuestas se equilibran y por lo tanto el motor de accionamiento de la bomba se descarga dos veces cada ciclo. El controlador 10 del factor de potencia ajusta continuamente la potencia entregada al motor de accionamiento de la bomba para mantener una eficacia y una economía óptimas entre los valores de pico mínimo y máximo presentados por la carga que varía constantemente.

Aunque la forma de realización preferida se ha descrito detalladamente, debería entenderse que en ella se puedan realizar varios cambios, sustituciones y modificaciones.

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Referencias citadas en la descripción

Esta lista de referencias citadas por el solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este respecto.

Documentos de patente citados en la descripción

\bullet US 4767975 A [0004]

\bullet US 4833628 A [0005]

\bullet EP 0827268 A [0005]

\bullet US 5923143 A [0006]

\bullet US 5764021 A [0007]

\bullet US 4800326 A [0008]

Claims (8)

1. Controlador (10) para adaptar dinámicamente el uso de energía por parte de un motor de inducción AC a la carga en dicho motor, presentando el motor por lo menos un devanado de motor y un voltaje AC aplicado en el mismo, que comprende:

un primer y un segundo rectificadores controlados de silicio, (113, 114) que presentan cada uno de ellos una puerta respectiva (G1, G2) y conectados en paralelo entre sí en polaridades opuestas entre un primer nodo (101) y un segundo nodo (102), para cada fase de dicho voltaje AC en el que dicho primer nodo está conectado a una fuente de dicho voltaje AC y dicho segundo nodo está conectado a dicho por lo menos un devanado de motor correspondiente al motor; y

un generador (130) de señales de activación acoplado a dichas puertas respectivas, dicho voltaje AC aplicado y dicho devanado de motor, para generar una señal de control de activación para controlar cada uno de dichos primer y segundo rectificadores controlados de silicio (113, 114), en respuesta a la temporización respectiva de acontecimientos detectados de cruce por cero de dicho voltaje AC y una corriente AC en dicho devanado de motor correspondiente a dicho voltaje AC;

caracterizado porque el controlador (10) está adaptado de manera que, para cada alternancia de dicho voltaje AC:

dichos primer y segundo rectificadores controlados de silicio (113, 114), activados alternativamente en un estado de conducción durante cada alternancia de dicho voltaje AC, se inhiben de dicho estado de conducción durante un tiempo proporcional a una diferencia medida en el tiempo (\DeltaT) entre el instante de tiempo en el que dicho voltaje AC en dicho devanado de motor pasa a través de un primer cruce por cero y el instante de tiempo en el que dicha corriente AC correspondiente en dicho devanado de motor pasa a través de un segundo cruce por cero, siendo determinada dicha diferencia medida (\DeltaT) como la diferencia de tiempo entre una primera y una segunda interrupciones correspondientes a dichos instantes de tiempo en los que dichos acontecimientos detectados de cruce por cero de dicho voltaje AC y dicha corriente AC correspondiente se acoplan a dicho generador (130) de señales de activación y se comparan con una base de tiempos de funcionamiento continuo.

2. Aparato según la reivindicación 1, en el que dicho generador (130) de señales de activación comprende:

una primera entrada para detectar dicho voltaje AC aplicado a dicho devanado de motor;

una segunda entrada para detectar dicha corriente AC en dicho devanado de motor correspondiente a dicho voltaje AC aplicado a dicho devanado de motor;

una salida para proporcionar una señal de control de activación para controlar cada uno de dichos primer y segundo rectificadores controlados de silicio (113, 114); y

unos medios de control (132) que incluyen dicha base de tiempos de funcionamiento continuo y que son sensibles a dichas primera y segunda interrupciones correspondientes respectivamente a dicha primera y segunda entradas para generar dicha señal de control de activación.

3. Aparato según la reivindicación 2 en el que los medios de control (132) incluyen un oscilador controlado por cristal que proporciona dicha base de tiempos de funcionamiento continuo.

4. Aparato según la reivindicación 2, en el que dichos medios de control (132) comprenden:

medios para medir el tiempo transcurrido entre dicha primera interrupción que se produce en una fase seleccionada de dicho voltaje AC y dicha segunda interrupción durante dicha fase seleccionada de dicho voltaje AC;

medios para calcular según un algoritmo predeterminado el producto de dicho tiempo transcurrido y un factor predeterminado;

medios para generar dicha señal de control de activación, dentro de un primer intervalo de tiempo tras la recepción de dicha segunda interrupción, presentando dicha señal de control de activación una duración sustancialmente igual a dicho producto; y

un primer y un segundo circuitos de accionamiento de puertas para los rectificadores controlados de silicio, que se deshabilitan mientras dura dicha señal de control de activación.

5. Aparato según la reivindicación 4 en el que la duración de la señal de control de activación se modifica mediante un ajuste de recorte que se suma a la anchura del impulso de la señal de control de activación para adelantar o retardar el borde posterior de la señal de control de activación.

6. Aparato según la reivindicación 4 en el que la duración de la señal de control de activación se determina dividiendo por dos la diferencia de tiempo (\DeltaT) entre los cruces por cero del voltaje AC y la corriente AC, y sumando un ajuste de recorte a la anchura del impulso de la señal de control de activación para adelantar o retardar el borde posterior de la señal de control de activación.

7. Aparato según la reivindicación 1 en el que el primer y el segundo rectificadores controlados de silicio (113, 114) se inhiben durante un tiempo igual a la diferencia de tiempo (\DeltaT) entre los cruces por cero del voltaje AC y la corriente AC.

8. Método de adaptación dinámica del uso de energía por parte de un motor de inducción AC a la carga en el motor, presentando el motor por lo menos un devanado de motor y un voltaje AC aplicado en el mismo, que comprende las etapas en las que:

se acopla un conmutador bidireccional, controlado por puerta, (113, 114) en serie entre el voltaje AC conectado a un primer nodo (101) y el por lo menos un devanado de motor conectado a un segundo nodo (102) en el que el conmutador bidireccional, controlado por puerta, (113, 114) incluye una primera y una segunda puertas (G1,G2), una para cada polaridad del voltaje AC aplicado al conmutador y el motor;

se genera una señal de control de activación para la primera y segunda puertas (G1,G2) del conmutador bidireccional, controlado por puerta, (113, 114) para controlar cada polaridad del voltaje AC en respuesta a la temporización respectiva de acontecimientos detectados del cruce por cero de dicho voltaje AC y una corriente AC en dicho devanado de motor correspondiente a dicho voltaje AC;

se permite que el conmutador bidireccional, controlado por puerta, (113, 114) sea activado alternativamente a un estado de conducción en cada alternancia del voltaje AC;

caracterizado por la etapa en la que, durante cada alternancia del voltaje AC:

se inhibe la conducción del conmutador bidireccional, controlado por puerta, (113, 114) durante un tiempo proporcional a una diferencia medida en el tiempo (\DeltaT) entre el instante de tiempo en el que el voltaje AC en el devanado de motor pasa a través de un primer cruce por cero y el instante de tiempo en el que la corriente AC correspondiente en el devanado de motor pasa a través de un segundo cruce por cero, siendo determinada dicha diferencia medida (\DeltaT) como la diferencia de tiempo entre una primera y una segunda interrupciones correspondientes a los instantes de tiempo en los que los acontecimientos detectados de cruce por cero del voltaje AC y la corriente AC correspondiente se comparan con una base de tiempos de funcionamiento continuo.