ES2327146T3 - Procedimiento y disposicion de circuito para la regulacion de un motor electrico polifasico sin escobillas. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la regulación de un motor eléctrico polifásico (3) sin escobillas, en que las intensidades de corriente de fase (57, 58, 59) del motor asociadas a las fases son generadas por variación temporizada del potencial eléctrico respectivamente aplicado mediante modulación por anchura de impulsos, en que las intensidades de corriente de fase (57, 58, 59) del motor salen del motor eléctrico (3) a través de una línea de retorno (9) común, caracterizado porque respectivamente dentro de un periodo (65) de la modulación por anchura de impulsos es detectado en la línea de retorno (9) el valor de pico de intensidad de corriente (61) máximo de todas las intensidades de corriente de fase (57, 58, 59) del motor y es comparado con un valor de referencia prefijado, y el resultado de la comparación se introduce en una magnitud de regulación.
Description
Procedimiento y disposición de circuito para la
regulación de un motor eléctrico polifásico sin escobillas.
La invención se refiere a un procedimiento para
la regulación de un motor eléctrico polifásico sin escobillas, en
que las intensidades de corriente de fase del motor asociadas a las
fases son generadas por variaciones temporizadas del potencial
eléctrico respectivamente aplicado. La invención se refiere además a
una disposición de circuito para llevar a cabo un procedimiento de
este tipo para la regulación.
Los motores eléctricos sin escobillas son
activados mediante el conexionado alternativo de sus arrollamientos
o bobinas de tal modo que resulta un campo magnético rotatorio, que
produce un par de giro mecánico entre el estátor y el rotor del
motor eléctrico. Para la generación del campo magnético rotatorio,
un motor eléctrico de este tipo contiene al menos dos y a menudo
tres bobinas, que están dispuestas entre sí desplazadas en un
ángulo con respecto al eje del rotor. A menudo, las bobinas y con
ello el campo magnético rotatorio están asociados al estátor del
motor eléctrico, mientras que el rotor comprende un imán
permanente.
Las intensidades de corriente asociadas a los
arrollamientos o bobinas del motor eléctrico son designadas en
particular como intensidades de corriente de fase del motor.
Mediante las intensidades de corriente de fase del motor se generan
en los arrollamientos las fases del campo magnético rotatorio, que
se suman formando el campo total. Si los arrollamientos del motor
eléctrico están conectados en forma de estrella, las intensidades de
corriente medidas en las líneas de alimentación corresponden a las
intensidades de corriente de fase del motor.
Para la activación de motores eléctricos sin
escobillas se emplean convertidores, que conmutan de forma
inteligente entre los potenciales de un circuito de corriente
continua, a través de lo que se generan las intensidades de
corriente de fase del motor deseadas. Aquí, cada línea de
alimentación de un arrollamiento del motor eléctrico lleva asociado
un par de interruptores o transistores, que permiten una conmutación
entre ambos potenciales del circuito de corriente continua. De este
modo, las intensidades de corriente de fase del motor asociadas a
las fases se generan mediante una variación temporizada del
potencial eléctrico respectivamente aplicado.
Los motores eléctricos sin escobillas están
ampliamente extendidos. Se emplean igualmente tanto en calidad de
accionamiento de una unidad de disco duro como en calidad de
accionamiento de vehículos. Además, los motores eléctricos sin
escobillas encuentran aplicación en aparatos domésticos, tales como
frigoríficos y lavadoras. Se emplean también en ventiladores,
compresores o bombas.
Para la regulación de un motor eléctrico sin
escobillas es conveniente conocer las intensidades de corriente de
fase del motor. Si una intensidad de corriente de fase del motor
supera un valor nominal prefijado, esto puede llevar a un
sobrecalentamiento del motor eléctrico y con ello a una absorción
innecesaria de energía hasta llegar a una destrucción del sistema
electrónico asociado. El conocimiento de las intensidades de
corriente de fase del motor es importante además para poder ajustar
el par de giro del motor eléctrico. Además, sin una vigilancia de
las intensidades de corriente de fase del motor en un motor
eléctrico sin escobillas puede llegarse a una oscilación de las
intensidades de corriente de fase del motor. Mediante batimiento
pueden producirse con ello nuevamente valores de pico de una
intensidad de corriente de fase del motor, desventajosos para la
absorción de energía o para el sistema electrónico.
Si las intensidades de corriente de fase del
motor se miden en las respectivas líneas de alimentación, entonces
son necesarios de modo desventajoso correspondientemente muchos
sensores de intensidad de corriente y con ello un sistema
electrónico de evaluación correspondientemente costoso. Como las
intensidades de corriente de fase del motor, por ejemplo para un
conexionado en forma de estrella del motor eléctrico, se suman según
la regla de los nudos de Kirchhoff, puede reducirse el número de
sensores de intensidad de corriente necesarios y puede derivarse
una intensidad de corriente de fase del motor no medida directamente
a partir de las intensidades de corriente de fase del motor
medidas. Esta derivación de la o las intensidades de corriente de
fase del motor no medidas requiere sin embargo de forma
desventajosa nuevamente un gasto correspondiente y encarece el
sistema electrónico de evaluación.
En el documento WO 03/105329 A1 se propone para
la activación y para la regulación de un motor eléctrico sin
escobillas medir las intensidades de corriente de fase del motor
mediante un único sensor de intensidad de corriente dispuesto en
una línea de retorno común de las intensidades de corriente de fase.
Para que puedan medirse sin embargo las intensidades de corriente
de fase del motor mediante el único sensor de intensidad de
corriente, es desventajosamente necesaria una complicada
sincronización de la temporización del potencial eléctrico
respectivamente aplicado a los arrollamientos. Se hace necesaria
además para la medida de las intensidades de corriente de fase del
motor una disposición de muestreo rápida. La sincronización del
sensor de intensidad de corriente con los estados de conexión es
costosa y requiere adicionalmente unidades de regulación más
caras.
Además, el documento US 2003/0184170 A1 da a
conocer un control de un motor eléctrico polifásico sin escobillas
conforme al preámbulo de la reivindicación 1 y la reivindicación 6.
Aquí, en esta disposición de circuito conocida se produce una
detección de intensidad de corriente en una línea de retorno a
través de una derivación (shunt), cuya detección es
sincronizada con un sensor de fuerza electromotriz y es llevada a
cabo cuantitativamente.
\newpage
Constituye la tarea de la invención poner a
disposición un procedimiento y una disposición de circuito para la
regulación de un motor eléctrico polifásico sin escobillas del tipo
citado al principio, en los que de modo sencillo y económico se
tengan en cuenta las intensidades de corriente de fase del
motor.
Esta tarea, para un procedimiento para la
regulación de un motor eléctrico polifásico sin escobillas, en el
que las intensidades de corriente de fase del motor asociadas a las
fases se generan mediante variación temporizada del potencial
eléctrico respectivamente aplicado mediante una modulación por
anchura de impulsos y las corrientes de fase del motor salen del
motor eléctrico a través de una línea de retorno común, es resuelta
según la reivindicación 1 mediante el recurso de que
respectivamente dentro de un periodo de la modulación por anchura de
impulsos se detecta en la línea de retorno el valor de pico de
intensidad de corriente máximo de todas las intensidades de
corrientes de fase del motor y se compara con un valor de referencia
prefijado, y el resultado de la comparación se introduce en una
magnitud de regulación.
La invención parte aquí en un primer paso de la
reflexión de que la detección de las intensidades de corriente de
fase del motor instantáneas contiene una cantidad innecesariamente
grande de informaciones para la regulación del motor eléctrico.
Así, por ejemplo, la evolución temporal de cada intensidad de
corriente de fase del motor no es estrictamente necesaria para la
regulación. Antes bien es suficiente, con vistas a optimizar la
eficiencia, tener conocimiento del valor máximo, que aparece en un
periodo, de una intensidad de corriente de fase del motor. Es
suficiente por lo tanto tener conocimiento, para cada periodo de la
variación del potencial eléctrico respectivamente aplicado, del
valor de la mayor intensidad de corriente de fase instantánea del
motor.
La invención parte además del reconocimiento de
que para el conexionado habitual de un motor eléctrico sin
escobillas, el medio de conmutación que genera la temporización de
la variación del potencial es alimentado por un circuito de
corriente continua. Con un conexionado de este tipo, las corrientes
de fase del motor en el motor eléctrico salen a través de una línea
de retorno común. De ese modo la intensidad de corriente medida en
la línea de retorno común contiene una imagen de las distintas
intensidades de corriente de fase del motor.
Finalmente, la invención reconoce en un tercer
paso que cuando las intensidades de corriente de fase del motor son
generadas mediante una variación temporizada del potencial eléctrico
respectivamente aplicado, se establece también dentro de intervalo
de tiempo prefijado, determinado por el periodo, aquel estado de
aplicación de potencial que introduce el valor máximo respectivo de
todas las intensidades de corriente de fase del motor en la línea
de retorno. Esto está motivado por el hecho de que la intensidad de
corriente de fase del motor, que está caracterizada más bien por su
inercia, resulta de las distintas variaciones de potencial
temporizadas.
Reconociendo este hecho, es suficiente entonces
detectar un valor de pico de la intensidad de corriente en la línea
de retorno común. El valor de pico de la intensidad de corriente
detectado dentro de un intervalo de tiempo corresponde entonces al
valor de pico, existente dentro de este intervalo de tiempo, de
todas las intensidades de corriente de fase del motor. Como las
intensidades de corriente de fase del motor están desplazadas en
fase, se detecta de este modo de forma alterna para cada intensidad
de corriente de fase del motor también su correspondiente valor de
pico. Hay que retener simplemente dentro del intervalo de tiempo
prefijado el valor máximo de entre las intensidades de corriente,
reflejadas de forma temporizada, en la línea de retorno común.
El procedimiento descrito permite de modo
sencillo una regulación de un motor eléctrico sin escobillas, en el
que se tienen en cuenta las intensidades de corriente de fase del
motor para la regulación. Si dentro de un intervalo de tiempo
prefijado se retiene como valor de pico respectivamente el valor
máximo medido en la línea de retorno común, éste corresponde al
valor de pico respectivo de todas las intensidades de corriente de
fase del motor. Este valor puede introducirse entonces en una
magnitud de regulación para el motor eléctrico. Con un
procedimiento de este tipo pueden funcionar, con medios adecuados
para la detección de polarización de al menos una corriente de fase
del motor, accionamientos con elevada inercia, tales como por
ejemplo ventiladores, compresores o bombas, sin detectores de
posición o de número de revoluciones.
Sólo con el fin de una mejor comprensión del
flujo de corriente se habla en esta solicitud de una línea de
alimentación y de una línea de retorno en el circuito de corriente
continua. Siguiendo esta convención se detecta el valor de pico de
intensidad de corriente en la línea de retorno común, por la cual
salen del motor eléctrico las corrientes de fase del motor.
Igualmente, el valor de pico de intensidad de corriente puede
encontrarse también en la rama del circuito de corriente continua
denominada línea de alimentación. Para ello, sólo hay intercambiar
mentalmente la dirección de corriente técnica y la real. Pueden
intercambiarse por ello a voluntad los conceptos de línea de
alimentación y de línea de retorno.
De modo ventajoso, la variación temporizada del
potencial eléctrico se produce mediante modulación por anchura de
impulsos. En la modulación por anchura de impulsos (PWM, del inglés
"Pulse Width Modulation") se varía el tiempo de conexión y
desconexión de una señal rectangular para una frecuencia básica
fija. Sobre la duración de la conexión puede variarse aquí la
diferencia de potencial aplicada en promedio para un consumidor con
inercia. Si la señal rectangular está conectada por ejemplo sólo la
mitad del tiempo que está disponible, el consumidor ve en promedio
sólo la mitad de la diferencia de potencial aplicada durante el
tiempo de conexión.
El procedimiento PWM se emplea en particular
para la activación de motores eléctricos sin escobillas. En este
caso se mantienen con una duración diferente, durante un periodo
PWM, por ejemplo los estados de conexión diferentes de un medio de
conmutación para la variación del potencial aplicado a los bornes
del motor. De este modo pueden generarse las intensidades de
corriente de fase del motor desplazadas en fase que se desean. Como
puede generarse una y la misma intensidad de corriente de fase del
motor mediante diferentes estados de conexión incluyendo su
duración respectiva, son realizables diferentes activaciones con
ventajas y desventajas respectivas.
Para la activación de un motor eléctrico puede
recurrirse por ejemplo a convertidores PWM, que pueden activarse
con un periodo PWM de aproximadamente 50 - 200 microsegundos. Dentro
de un periodo PWM así, el convertidor puede adoptar todos los
estados de conexión posibles. En caso de activación de un motor
eléctrico trifásico habitual, el convertidor necesario para cada
una de las tres líneas de alimentación tiene respectivamente dos
interruptores o transistores, que conmutan la línea de alimentación
alternativamente entre dos potenciales. Con respecto a los estados
de potencial a adoptar de las tres líneas de alimentación, pueden
adoptarse mediante el total de seis interruptores de un convertidor
de este tipo ocho estados de conexionado diferentes. Para la
activación se adoptan habitualmente durante un periodo PWM sólo tres
o cuatros estados de conexión de entre los ocho estados de conexión
posibles. Aquí, para motores habituales tales como motores síncronos
de imán permanente o motores de inducción, se escoge dentro de un
periodo PWM siempre también aquel estado de conexión durante un
tiempo corto que represente la intensidad de corriente de fase del
motor actual más alta en la línea de retorno.
En este sentido es ventajoso que en caso de una
modulación por anchura de impulsos el valor de pico de la
intensidad de corriente en la línea de retorno común sea detectado
respectivamente dentro de un periodo de la modulación por anchura
de impulsos.
Conforme a la invención, el valor de pico de
intensidad de corriente es comparado con un valor de referencia
prefijado. Esto puede realizarse de modo sencillo mediante el
recurso de que mediante un componente de comparación electrónico, la
intensidad de corriente medida dentro de un intervalo de tiempo
prefijado es comparada con el valor de referencia prefijado. Si la
intensidad de corriente medida en el retorno supera el valor de
referencia prefijado, se emite una señal correspondiente para la
regulación. Alternativamente puede emplearse también la diferencia
entre la intensidad de corriente medida en el retorno y el valor de
referencia prefijado para la regulación.
Para una regulación sencilla y económica es
ventajoso que la regulación se aplique sólo cuando la intensidad de
corriente medida supera el valor de referencia. En este caso se
parte de que entonces, cuando el valor máximo de intensidad de
corriente detectado dentro del intervalo de tiempo prefijado queda
por debajo del valor de referencia prefijado, no hay que acudir a
la regulación del motor eléctrico. Sólo en caso de superación del
valor de referencia tiene lugar una correspondiente regulación del
motor eléctrico. Con una regulación de este tipo, a realizar con
medios sencillos, pueden evitarse de modo sencillo oscilaciones de
las intensidades de corriente de fase del motor y con ello puede
asegurarse una marcha suave del motor o pueden evitarse daños en el
sistema electrónico.
También para una detección de este tipo,
sencilla y más bien cualitativa, del valor de pico de intensidad de
corriente mediante una comparación con un valor de referencia
prefijado es posible de modo ventajoso una detección cuantitativa
del valor de pico de intensidad de corriente, si se adapta el valor
de referencia.
La tarea citada en segundo lugar se resuelve,
mediante una disposición de circuito para la regulación de un motor
eléctrico polifásico sin escobillas que tiene un circuito de
corriente continua y un circuito de alimentación, el cual está
conectado en el circuito de corriente continua entre una línea de
alimentación y una línea de retorno, es conectable respectivamente
a los bornes de motor de los arrollamientos del motor eléctrico y
contiene medios de conmutación, en que los medios de conmutación
están previstos para la variación temporizada, mediante modulación
por anchura de impulsos, del potencial a aplicar respectivamente a
los bornes de motor, y en que está previsto un sensor de intensidad
de corriente conectado en la línea de retorno, según la
reivindicación 4 mediante un circuito de evaluación conectado al
sensor de intensidad de corriente para la detección de un valor de
pico de intensidad de corriente y mediante una unidad de regulación
unida al circuito de evaluación, a la cual se aplica un valor de
salida del circuito de evaluación como magnitud de entrada. Aquí, el
circuito de evaluación de la disposición de circuito está realizado
como circuito comparador, que compara la intensidad de corriente
medida en la línea de retorno con un valor de referencia, y al
superarse el valor de referencia emite una señal de disparo como
valor de salida. Mediante un circuito de este tipo, las intensidades
de corriente de fase del motor pueden comprobarse de modo sencillo
y económico en cuanto a la superación de un valor de referencia
prefijado. Mediante una correspondiente regulación se evita a través
de ello una oscilación de las intensidades de corriente de fase del
motor y un daño del sistema electrónico del motor eléctrico por
intensidades de corriente de fase del motor demasiado altas.
Con una disposición de circuito de este tipo
puede llevarse a cabo el procedimiento descrito para la regulación
de un motor eléctrico sin escobillas con las ventajas citadas.
De modo ventajoso, el circuito de alimentación
está diseñado para la modulación por anchura de impulsos del
potencial a aplicar. Esto es el caso en particular cuando el
circuito de alimentación contiene un convertidor PWM como medio de
conmutación.
De modo económico, el sensor de intensidad de
corriente comprende una resistencia óhmica o está realizado en sí
mismo como una.
\newpage
En caso de modulación por anchura de impulsos
para la activación del motor eléctrico, es ventajoso que el
circuito de evaluación para la detección del valor de pico de
intensidad de corriente esté aplicado respectivamente dentro de un
periodo de la modulación por anchura de impulsos. Como se ha citado,
en caso de activación habitual de un motor eléctrico sin escobillas
dentro de un periodo PWM, se adopta durante un tiempo corto también
aquel estado de conexión que corresponde al valor respectivamente
más alto de todas las intensidades de corriente de fase del
motor.
Se explican más detalladamente ejemplos de
realización de la invención con ayuda de un dibujo. Aquí
muestran:
la figura 1 esquemáticamente una disposición de
circuito para el control de un motor eléctrico sin escobillas, en
que en una línea de retorno común de las corrientes de fase del
motor está dispuesto un sensor de intensidad de corriente con una
disposición de retención de valores de pico
(peak-hold) conectada a él,
la figura 2 una disposición de circuito según la
figura 1, en que sin embargo, en el sensor de intensidad de
corriente dispuesto en la línea de retorno común, está dispuesto un
circuito comparador para la comparación de la intensidad de
corriente medida con un valor de referencia,
la figura 3 esquemáticamente la disposición de
circuito para un circuito comparador,
la figura 4 esquemáticamente la disposición de
circuito de una disposición de retención de valores de pico,
la figura 5 la evolución temporal de las
intensidades de corriente de fase del motor para un motor eléctrico
trifásico y
la figura 6 para una activación PWM de un motor
eléctrico, la evolución de la intensidad de corriente medida en la
línea de retorno común conforme a las disposiciones de circuito 1 ó
2 dentro de un periodo PWM.
En la figura 1 se representa una disposición de
circuito 1 para la activación de un motor eléctrico trifásico 3 sin
escobillas. La disposición de circuito 1 comprende para ello un
circuito de corriente continua 5 con un condensador 7. Entre una
línea de alimentación 8 y una línea de retorno 9 está conectado un
convertidor 11 para la variación temporizada del potencial
eléctrico a aplicar al motor eléctrico 3.
El convertidor 11 modulado por anchura de
impulsos comprende respectivamente pares de interruptores 12a, 12b,
así como 13a, 13b y 14a, 14b, realizados como transistores. Cada uno
de estos interruptores 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b está puenteado
con diodos de marcha libre 16 orientados contra la dirección de
corriente. Entre los pares de interruptores 12a, 12b, así como 13a,
13b y 14a, 14b están insertadas respectivamente una primera línea
de alimentación 17, una segunda línea de alimentación 18 o una
tercera línea de alimentación 19. Estas líneas de alimentación
están unidas a los tres bornes de motor 21 del motor eléctrico
3.
Si los interruptores 12a, 13a y 14a son
cerrados, los correspondientes bornes de motor 21 son puestos
respectivamente a un potencial alto (high) a través
de las líneas de alimentación 17, 18 o respectivamente 19. Mediante
cierre de los interruptores 12b, 13b y 14b, los bornes de motor 21
son conectados respectivamente a un potencial bajo
(low). Con los en total seis interruptores 12a, 12b, 13a,
13b, 14a, 14b pueden alcanzarse en total ocho estados de conexión,
en los cuales cada uno de los bornes 21 está o bien al potencial
alto o bien al potencial bajo. En seis de estos
estados de conexión, respectivamente uno de los bornes 21 está a un
potencial distinto al de los otros dos bornes 21. En los dos estados
de conexión restantes, todos los bornes 21 se encuentran al
potencial alto o respectivamente al potencial
bajo.
Mediante una modulación correspondiente de los
ocho estados de conexión se establece en el motor eléctrico 3 sin
escobillas un campo magnético rotatorio, a través del cual el rotor
del motor eléctrico 3 es puesto en movimiento de giro mecánico.
A través de la línea de retorno 9 común salen
las corrientes de fase del motor asociadas a las respectivas líneas
de alimentación 17, 18 y 19 en el motor eléctrico 3. Mediante un
sensor de intensidad de corriente 25 dispuesto en la línea de
retorno 9 se detecta respectivamente para un periodo PWM el valor de
intensidad de corriente más alto medido dentro de este periodo PWM.
Esto ocurre a través de un circuito de retención de valores de pico
27, cuya salida desemboca en un circuito de evaluación 30. El
circuito de evaluación 30 está unido - no incluido en el dibujo - a
una unidad de regulación para la regulación o respectivamente
control de la disposición de circuito 11.
El convertidor 11 es activado con un periodo PWM
con una duración de aproximadamente 50 - 200 microsegundos. Esto
corresponde a una frecuencia de entre 5 y 20 kHz, lo que para el
último valor está situado fuera de la capacidad auditiva humana.
Dentro de cada periodo, el motor eléctrico 3 es activado mediante
adopción de cuatro de los ocho posibles estados de conexión del
convertidor 11. Mediante esta conmutación a alta frecuencia de los
distintos estados de conexión del convertidor 11, la intensidad de
corriente medida en la línea de retorno 9 mediante el sensor de
intensidad de corriente 25 salta de forma muy dinámica. Para un
periodo PWM, mediante la disposición de retención de valores de
pico 27 se retiene el valor de intensidad de corriente más alto
medido respectivamente dentro de un periodo PWM. Este valor
corresponde, como dentro de un periodo PWM siempre se adopta
durante un intervalo de tiempo corto el estado de conexión que
corresponde al valor de intensidad de corriente más alto de todas
las intensidades de corriente de fase del motor, al valor de pico
de intensidad de corriente respectivo de todas las intensidades de
corriente de fase del motor. A través del circuito de evaluación 30
se emplea este valor de pico de intensidad de corriente para la
regulación de la disposición de circuito 1 y con ello del motor
eléctrico 3.
La figura 2 muestra la disposición de circuito
11 esencialmente idéntica a la de la figura 1. Aquí está conectado
sin embargo al sensor de intensidad de corriente 25 dispuesto en la
línea de retorno 9 un circuito comparador 32 y un generador de
disparo 33 unido a él. La salida del generador de disparo 33 está
unida al circuito de evaluación 30. A través de una línea de
señales 35, el circuito de evaluación 30 proporciona un valor de
referencia.
Dentro de un periodo PWM, las intensidades de
corriente respectivamente medidas son comparadas mediante el
circuito de comparación 32 con el valor de referencia prefijado. Si
la intensidad de corriente medida supera el valor de referencia, el
circuito comparador proporciona una señal de salida, a la que
responde el generador de disparo 33. Éste envía a su vez una señal
de salida correspondiente al circuito de evaluación 30, que está
unido a una unidad de regulación para la regulación o el control de
la disposición de circuito 11.
Con la disposición de circuito 11 mostrada en la
figura 2, el motor eléctrico 3 es regulado cuando las intensidades
de corriente de fase del motor superan un valor de referencia
prefijado. A través de ello se evita de forma segura una oscilación
de las intensidades de corriente de fase del motor y con ello un
riesgo para el sistema electrónico.
La figura 3 muestra una disposición de circuito
para la evaluación de la intensidad de corriente medida en la línea
de retorno, correspondientemente a la disposición de circuito 1 de
la figura 2. Aquí, el sensor de intensidad de corriente 25
dispuesto en la línea de retorno 9 está realizado como resistencia
óhmica 37. La diferencia de potencial en la resistencia óhmica 37,
que es una medida para la intensidad de corriente medida, se
compara mediante el circuito comparador 32 con un valor nominal
prefijado. Para ello, un comparador 39 compara la diferencia de
potencial en la resistencia óhmica 37 con una diferencia de
potencial de referencia 40 prefijada, que corresponde a un valor de
pico máximo a ajustar de intensidad de corriente.
Si la diferencia de potencial en la resistencia
óhmica 37 supera la diferencia de potencial de referencia 40
prefijada, la señal de salida 42 del comparador 39 se establece en
bajo. Condicionados por los estados de conexión, que varían
a alta frecuencia, del convertidor 11, tales estados bajos
puede tener una duración corta, en particular de un
microsegundo.
La figura 4 muestra una disposición de circuito,
para una disposición de retención de valores de pico 27, conforme a
la disposición de circuito 1 de la figura 1. De nuevo, el sensor de
intensidad de corriente 25 está realizado aquí como resistencia
óhmica 37. La disposición de retención de valores de pico 27
comprende aquí un comparador 44, al que están conectados por el
lado de salida un diodo 46 y una resistencia óhmica 47. En este
caso, a través de la entrada positiva del comparador 44 se detecta
la diferencia de potencial en la resistencia óhmica 37, mientras
que la entrada negativa del comparador 44 está retroacoplada a un
condensador que retiene la diferencia de potencial de salida del
comparador 44.
Durante un intervalo de tiempo prefijado, la
carga almacenada en el condensador 49 corresponde al valor de
intensidad de corriente más alto medido durante el intervalo de
tiempo. Correspondientemente a la disposición de circuito 1
mostrada en la figura 1, el circuito de evaluación 30 evalúa tras al
menos un ciclo de la modulación por anchura de impulsos el valor de
salida de la disposición de retención de valores de pico 27 y
restablece la disposición de retención de valores de pico 27. Esto
se produce por medición del potencial de la línea de salida 42, que
es luego convertido digitalmente para una valoración adicional. A
continuación, el condensador 49 es descargado a masa con una
conexión corta.
La figura 5 muestra para una mejor comprensión,
para un motor eléctrico trifásico sin escobillas, la evolución de
las intensidades de corriente de fase 57, 58, 59 del motor
desplazadas en fase. En el diagrama mostrado, el tiempo T está
expuesto en el eje de abscisas y la intensidad de corriente I en el
eje de ordenadas. Se reconoce claramente la evolución sinusoidal de
las tres intensidades de corriente de fase 57, 58, 59 del motor.
Cada una de las intensidades de corriente de
fase 57, 58, 59 del motor mostradas es generada alternativamente
mediante temporización PWM del convertidor 11 conforme a las
disposiciones de circuito 1 mostradas en las figuras 1 ó 2. Aquí,
un periodo PWM es aproximadamente 100 veces más corto que un periodo
de la evolución mostrada de intensidad de corriente.
Como durante un periodo PWM se adopta siempre
por un tiempo corto también aquel estado de conexión que corresponde
al valor de intensidad de corriente más alto de todas las
intensidades de corriente de fase del motor, mediante el sensor de
intensidad de corriente 25 dispuesto en la línea de retorno 9
(véanse las figuras 1 y 2) se mide dentro de un periodo PWM siempre
como valor máximo de las intensidades de corriente ahí medidas el
valor de pico de intensidad de corriente de todas las corrientes de
fase del motor. En este sentido, al medir la respectiva intensidad
de corriente máxima durante un periodo PWM se determina entre las
tres intensidades de corriente de fase 57, 58, 59 del motor el
respectivo valor de pico de intensidad de corriente. Como la
corriente que fluye en la línea de retorno 9 siempre fluye en el
mismo sentido, se mide con ello el valor de pico de intensidad de
corriente más grande en cuanto a módulo de todas las intensidades de
corriente de fase del motor durante un periodo PWM. Resulta por lo
tanto durante una detección así del valor máximo de intensidad de
corriente durante un periodo PWM la evolución dibujada en la figura
5 para el valor de pico de intensidad de corriente 61, en cuanto a
modulo, de todas las intensidades de corriente de fase 57, 58, 59
del motor. Este valor de pico de intensidad de corriente 61 se
introduce en una magnitud de regulación para la regulación del
circuito de control 1 conforme a la figura 1 ó 2.
La figura 6 muestra finalmente para un periodo
PWM 65 la intensidad de corriente medida mediante el sensor de
intensidad de corriente 25 dispuesto en la línea de retorno 9 de las
disposiciones de circuito conforme a la figura 1 ó 2. Aquí
nuevamente están expuestos el tiempo T en el eje de abscisas y la
intensidad de corriente I en el eje de ordenadas. El periodo PWM
mostrado tiene un valor en conjunto de cincuenta microsegundos. Con
ello, la división mostrada corresponde respectivamente a cinco
microsegundos.
Durante los primeros 25 microsegundos, el
convertidor 11 adopta un estado de conexión 67 en el que no fluye
corriente en la línea de retorno 9. Aquí puede tratarse o bien de un
estado de conexión en el que todos los interruptores 12a, 13a, 14a
o todos los interruptores 12b, 13b, 14b están cerrados. Durante
aproximadamente los siguientes cinco microsegundos se adopta un
estado de conexión 68, en el que por ejemplo la intensidad de
corriente de fase 58 del motor tiene un valor negativo. A
continuación, durante cinco microsegundos se establece un estado de
conexión 70 en el cual por ejemplo la intensidad de corriente de
fase 57 del motor tiene un valor positivo, para pasar a
continuación nuevamente durante cinco microsegundos al estado de
conexión 68. El periodo PWM 65 termina nuevamente con el estado de
conexión 67, en el que todos los bornes 21 del motor eléctrico 3
están al mismo potencial.
- 1
- Disposición de circuito
- 3
- Motor eléctrico
- 5
- Circuito de corriente continua
- 7
- Condensador
- 8
- Línea de alimentación
- 9
- Línea de retorno
- 11
- Convertidor
- 12a, 13a, 14a
- Interruptor
- 12b, 13b, 14b
- Interruptor
- 16
- Diodos de marcha libre
- 17
- Primera línea de alimentación
- 18
- Segunda línea de alimentación
- 19
- Tercera línea de alimentación
- 21
- Bornes de motor
- 25
- Medidor de intensidad de corriente
- 27
- Circuito de retención de valores de pico
- 30
- Circuito de evaluación
- 32
- Circuito comparador
- 33
- Generador de disparo
- 35
- Línea de señales
- 37
- Resistencia
- 39
- Comparador
- 40
- Diferencia de potencial de referencia
- 42
- Línea de salida
- 44
- Comparador
- 46
- Diodo
- 47
- Resistencia
- 49
- Condensador
- T
- Tiempo
- I
- Intensidad de corriente del motor
- 57, 58, 59
- Intensidades de corriente de fase del motor
- 61
- Valor de pico de intensidad de corriente
- 65
- Periodo PWM
- 67, 68, 70
- Estados de conexión.
Claims (6)
1. Procedimiento para la regulación de un motor
eléctrico polifásico (3) sin escobillas, en que las intensidades de
corriente de fase (57, 58, 59) del motor asociadas a las fases son
generadas por variación temporizada del potencial eléctrico
respectivamente aplicado mediante modulación por anchura de
impulsos, en que las intensidades de corriente de fase (57, 58, 59)
del motor salen del motor eléctrico (3) a través de una línea de
retorno (9) común, caracterizado porque respectivamente
dentro de un periodo (65) de la modulación por anchura de impulsos
es detectado en la línea de retorno (9) el valor de pico de
intensidad de corriente (61) máximo de todas las intensidades de
corriente de fase (57, 58, 59) del motor y es comparado con un valor
de referencia prefijado, y el resultado de la comparación se
introduce en una magnitud de regulación.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la regulación se aplica al superar la
intensidad de corriente medida el valor de referencia.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el valor de pico de intensidad de
corriente (61) se detecta cuantitativamente por variación del valor
de referencia.
4. Disposición de circuito (1) para la
regulación de un motor eléctrico polifásico (3) sin escobillas, en
particular para llevar a cabo el procedimiento conforme a una de las
reivindicaciones precedentes, con un circuito de corriente continua
(5) y un circuito de alimentación, el cual está conectado en el
circuito de corriente continua (5) entre una línea de alimentación
(8) y una línea de retorno (9), es conectable respectivamente a los
bornes de motor (21) de los arrollamientos del motor eléctrico (3) y
contiene medios de conmutación, en que los medios de conmutación
están previstos para la variación temporizada, mediante modulación
por anchura de impulsos, del potencial a aplicar respectivamente a
los bornes de motor (21), y con un sensor de intensidad de
corriente (25) conectado en la línea de retorno (9), y además con
un circuito de evaluación (30) conectado al sensor de intensidad de
corriente (25) para la detección de un valor de pico de intensidad
de corriente (61), y con una unidad de regulación unida al circuito
de evaluación (30), a la cual se aplica un valor de salida del
circuito de evaluación como magnitud de entrada,
caracterizada porque el circuito de evaluación (30) para la
detección del valor de pico de intensidad de corriente máximo se
aplica respectivamente dentro de un periodo (65) de la modulación
por anchura de impulsos y está realizado como circuito comparador
(32), que compara la intensidad de corriente medida en la línea de
retorno (9) con un valor de referencia y al superarse el valor de
referencia proporciona una señal de disparo como valor de
salida.
5. Disposición de circuito (1) según la
reivindicación 4, caracterizada porque el circuito de
alimentación contiene un convertidor PWM (11) como medio de
conmutación.
6. Disposición de circuito (1) según la
reivindicación 4 ó 5, caracterizada porque el sensor de
intensidad de corriente (25) comprende una resistencia óhmica
(47).
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