ES2569918T3 - Procedimiento y sistema de regulación del par electromagnético instantáneo y soporte de registro para la aplicación del procedimiento - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de regulación del par electromagnético instantáneo de una máquina eléctrica giratoria polifásica equipada con bobinados estatóricos y/o rotóricos alimentados por una tensión y una corriente generados por un ondulador, estando formado el ondulador por interruptores cuya conmutación es controlable, constando este procedimiento de: - una etapa (112) de control de la conmutación de los interruptores del ondulador aplicando un proceso de modulación de amplitud de impulsos síncronos con la frecuencia de la fundamental se la tensión generada por el ondulador, estando configurado el proceso de modulación en función de una consigna de entrada, y - en cada instante de regulación, una etapa (99) de cálculo de la consigna de entrada, a partir de una consigna de par instantáneo, caracterizado porque consta de una etapa (86) de determinación del intervalo (T) de tiempo entre dos instantes de regulación sucesivos de manera que, mientras la consigna de par instantáneo sea constante, este intervalo de tiempo corresponderá a un múltiplo entero del período de la oscilación del par instantáneo de la máquina, estando causada dicha oscilación por unos armónicos de rango superior o igual a dos de la tensión y/o de la corriente generadas por el ondulador.
Description
DESCRIPCION
Procedimiento y sistema de regulacion del par electromagnetico instantaneo y soporte de registro para la aplicacion del procedimiento.
[0001] La invencion se refiere a un procedimiento y un sistema de regulacion del par electromagnetico instantaneo de una maquina electrica giratoria polifasica as! como un soporte de registro de informaciones para aplicar este procedimiento.
10 [0002] Mas precisamente, la invencion se refiere a un procedimiento de regulacion en el cual la maquina electrica giratoria esta equipada con bobinados estatoricos y/o rotoricos alimentados por una tension y una corriente generadas por un ondulador, estando formado el ondulador por interruptores cuya conmutacion es controlable, constando este procedimiento de:
15 - una etapa de control de la conmutacion de los interruptores del ondulador aplicando un proceso de modulacion de amplitud de impulsos slncronos con la frecuencia de la fundamental se la tension generada por el ondulador, estando configurado el proceso de modulacion en funcion de una consigna de entrada, y
- en cada instante de regulacion, una etapa de calculo de la consigna de entrada, a partir de una consigna de par 20 instantaneo.
[0003] El documento JP 09247953 describe un procedimiento del tipo anterior que permite, cuando la frecuencia del ondulador alcanza un umbral predeterminado y cuando el proceso de modulacion de amplitud de impulsos es aslncrona, cambiar este proceso de modulacion a modo slncrono.
25
[0004] En el curso de la descripcion, los terminos “motor” y “par” designan respectivamente una maquina electrica giratoria polifasica y el par electromagnetico de tal maquina. Ademas, los terminos “fundamental” y “armonico” designan respectivamente el componente sinusoidal de frecuencia menos elevada de una senal y los armonicos de rango superior o igual a dos.
30
[0005] El termino armonico solo se utiliza aqul por tanto para designar los armonicos de rango superior o igual a dos.
[0006] Los procedimientos de regulacion del par instantaneo de un motor se utilizan en numerosos dominios, 35 tales como, por ejemplo, para controlar unos motores de accionamiento de un laminador.
[0007] Existen numerosos procedimientos de recorte, por un ondulador, de una tension continua para crear una tension alternativa polifasica. Entre estos, los procedimientos de control por modulacion de amplitud de impulsos, igualmente conocidos con el termino ingles de "Pulse Width Modulation” (PWM), son los mas utilizados.
40 Las modulaciones de amplitud de impulsos se distribuyen en dos familias denominadas respectivamente “aslncrona” y “slncrona”.
[0008] Las modulaciones de amplitud de impulsos aslncronos determinan los instantes de conmutacion de los interruptores del ondulador por la intersection de una portadora de frecuencia elevada aslncrona con respecto a la
45 frecuencia de la fundamental de la tension generada por el ondulador y de una moduladora sinusoidal en la frecuencia estatorica deseada.
[0009] Las modulaciones de amplitud de impulsos slncronos estan, por el contrario, sincronizadas con respecto a la frecuencia de la fundamental de la tension generada por el ondulador. estan definidas por unos
50 angulos que definen los instantes y el numero de conmutaciones durante cada perlodo de la fundamental de la tension generada. Caracterlsticamente, puesto que cada modulacion de amplitud de impulsos slncrona corresponde a una tension particular generada por el ondulador, la unidad de control es apta para aplicar varios tipos de modulacion de amplitud de impulsos slncrona. Aqul, cada tipo de modulacion de amplitud de impulsos slncrona se define por el valor particular de los angulos utilizados para construirla. Asl, dos modulaciones de amplitud de 55 impulsos slncronas que tienen unos valores de angulo diferentes corresponden cada una a un tipo diferente de modulaciones de amplitud de impulsos en el curso de esta descripcion.
[0010] Durante el procedimiento de regulacion, la unidad de control selecciona el tipo de modulacion de amplitud de impulsos que se va a utilizar en funcion por ejemplo de la amplitud de la tension que debe generar el
ondulador.
[0011] Para cada tipo de modulation, el valor de los angulos utilizados se precalcula generalmente para eliminar ciertos rangos de armonicos predefinidos, lo que es una de las ventajas de las modulaciones de amplitud de
5 impulsos slncronos.
[0012] En el caso de los procedimientos de regulation del par instantaneo de un motor, el tipo de modulacion se selecciona especialmente en funcion de la consigna de par instantaneo. Se ha constatado que para estos procedimientos de regulacion, las ventajas vinculadas a la utilizacion de modulaciones de amplitud de impulsos
10 slncronas no se producen o solo parcialmente. En efecto, a pesar de que cada tipo de modulacion este construido para eliminar ciertos rangos de armonicos, esto no se produce o solo parcialmente.
[0013] La invention tiene como objetivo por tanto solucionar este inconveniente proponiendo un procedimiento de regulacion del par instantaneo de un motor aplicando un proceso de control por modulacion de amplitud de impulsos
15 slncrona a la vez que se conservan las ventajas vinculadas a la utilization de modulaciones de amplitud de impulsos aslncronas.
[0014] La invencion tiene por tanto como objeto un procedimiento de regulacion tal como se ha descrito mas arriba, caracterizado porque consta de una etapa de determination del intervalo de tiempo entre dos instantes de 20 regulacion sucesivos de manera que, mientras la consigna de par instantaneo sea constante, este intervalo de tiempo corresponded a un multiplo entero del perlodo de la oscilacion del par instantaneo de la maquina, estando causada dicha oscilacion por unos armonicos de rango superior o igual a dos de la tension y/o de la corriente generadas por el ondulador.
25 [0015] Los diferentes tipos de modulaciones se construyen de manera que se eliminen ciertos rangos de armonicos de la tension generada por el ondulador. No obstante, el conjunto de los armonicos no se elimina, lo que provoca unas oscilaciones del par instantaneo. Mas precisamente, el par instantaneo resulta de la superposition de un par fundamental casi constante y creado por la fundamental de tension y de un par pulsatorio creado por los armonicos de la tension. Este par pulsatorio oscila varias veces por perlodo de la fundamental de tension.
30
[0016] La figura 1 representa la evolution del par instantaneo de un motor durante un perlodo T de la fundamental de la tension generada por un ondulador controlado por una modulacion de amplitud de impulsos slncronos. Las curvas 4 y 6 representan la evolucion del par instantaneo r, durante el tiempo en que, respectivamente, se utilizan una primera modulacion de amplitud de impulsos slncrona MLI1 y una segunda modulacion slncrona ML12
35 diferentes. Estas curvas presentan cada una unas oscilaciones alrededor de un valor medio representado respectivamente por unos ejes horizontales en llneas discontinuas r y r m2. Para simplificar la ilustracion de la figura 1, los perlodos marcados como T”, unas oscilaciones del par instantaneo generado por las modulaciones MLh y ML12 se han representado como identicas. Ademas, para simplificar la explication siguiente, estas oscilaciones se representan como en fase. La consigna de par instantaneo se representa por la llnea horizontal con llnea fina Tcs.
40
[0017] Aqul, cada mlnimo de la curva 4 y cada maximo de la curva 6 estan situados en la llnea en trazo fino res.
[0018] Se supone ahora que el procedimiento de regulacion es un procedimiento de regulacion que aplica una operation de control de respuesta exacta de manera que se alcance la consigna de par instantaneo desde el
45 proximo instante de regulacion.
[0019] Para comprender mejor porque el procedimiento anterior resuelve el problema planteado, las causas del problema se van a exponer mas abajo mas en detalle suponiendo primero que se aplica uno de los procedimientos de regulacion conocidos. En este procedimiento conocido, el intervalo de regulacion se escoge de forma arbitraria.
50 Aqul, para simplificar la explicacion, se supone que este intervalo de regulacion seleccionado arbitrariamente
T^_
corresponde a 2 .
[0020] En esta situation, en el instante 0, el proceso de control de respuesta exacta selecciona la modulacion MLI1 para alcanzar en el proximo instante de regulacion la consigna res.
[0021] En el instante siguiente de regulacion 2 el proceso de control de respuesta exacta conduce a seleccionar
la modulacion MLI2 para alcanzar en el instante T” la consigna res.
[0022] En el marco simplemente ilustrativo de la figura 1, se constata por tanto que para una misma consigna constante de par instantaneo res, el proceso de control de respuesta exacta selecciona en alternancia las
5 modulaciones MLI1 y MLI2. Ahora bien, cada cambio de tipo de modulacion crea unos armonicos que no pueden estar limitados por construction de las modulaciones MLI1 y MLI2.
[0023] Esto explica las razones por las cuales las ventajas de la utilization de una modulacion de amplitud de impulsos slncronos no se obtienen cuando esta se aplica en el marco de un procedimiento conocido de regulation
10 del par instantaneo.
[0024] El procedimiento anterior propone, para solucionar este inconveniente, determinar ademas los instantes de regulacion para que estos sean unos multiplos enteros del perlodo de la oscilacion del par instantaneo causada por los armonicos de corriente y de tension. Asl, en el caso particular de la figura 1, los instantes de regulacion se
15 determinan como unos multiplos enteros del perlodo T. Con tal election, mientras la consigna Tcs sea constante, la operacion de control de respuesta exacta conducira a seleccionar en cada instante de regulacion la misma modulacion de amplitud de impulsos aqul, por ejemplo, la modulacion MLI2. Desde entonces, el numero de cambios de tipo de modulaciones es considerablemente reducido y cada tipo de modulacion se selecciona durante un tiempo suficientemente largo para que los armonicos que se deben eliminar lo sean.
20
[0025] Segun otras caracterlsticas del procedimiento conforme a la invention, este se caracteriza porque:
- la etapa de calculo consta de un proceso de control de respuesta exacta de manera que la consigna de par instantaneo se alcance desde el primer instante de regulacion;
25
- dicho intervalo se determina ademas en funcion de la consigna de par instantaneo, de la position y de la velocidad angular del rotor de dicha maquina;
- para una maquina slncrona con polos lisos, dicho intervalo de tiempo se determina con la ayuda de las relaciones 30 siguientes
donde:
- Oa es el flujo rotorico predefinido de los imanes,
- L es la inductancia estatorica de dicha maquina,
5
- X se define por la relacion X = L.w donde w es la velocidad angular del rotor,
- Z se define por ^ -\IR2+L a . donde R es la resistencia estatorica de la maquina,
10 - Id (O) e lq(O) son los componentes del vector de corriente instantaneo medido en el instante de regulation, en un punto de referencia giratorio d, q vinculado al flujo rotorico, estando el eje d alineado sobre el flujo rotorico,
- Id (T) e Iq(T) son los componentes de un vector de consigna de corriente correspondiente a la consigna de par instantaneo, en el punto de referencia d, q y
15
- po es el angulo entre el punto de referencia d, q y un punto de referencia a,p fijo vinculado a los bobinados estatoricos.
T_
- los instantes de regulacion estan separados unos de otros por un intervalo temporal igual a donde p es el numero de fases de la maquina y T’ es el perlodo de la fundamental de la tension generada por el ondulador;
20
- los instantes de regulacion se escogen para corresponder exactamente a unos instantes donde la fase de la
kjT
fundamental de la tension generada por el ondulador es igual a P siendo k un numero entero.
- consta de una etapa de rectification de la consigna de par instantaneo cuando el intervalo determinado atraviesa 25 un umbral predefinido de tiempo, constando esta etapa de rectificacion de:
a) una operation que consiste en tomar como valor de dicho intervalo el valor del umbral superado, y
b) una operacion de establecimiento de una consigna de par instantaneo temporal susceptible de ser alcanzada con 30 el valor del intervalo de tiempo establecido durante la operacion a;
- consta de una etapa de rectificacion de la consigna de par instantaneo cuando la consigna de entrada que se va a utilizar durante la etapa de control atraviesa un llmite predefinido de consigna, constando esta segunda etapa de rectificacion de:
35
- una operacion de establecimiento de una nueva consigna temporal de par instantaneo para la cual se respeta el llmite predefinido de consigna;
- el llmite predefinido de consigna se mide en cada instante de regulacion habitual.
40
[0026] La invention tiene igualmente como objeto un soporte de registro de informaciones, caracterizado porque consta de las instrucciones para la ejecucion de un procedimiento de regulacion del par instantaneo conforme a la invencion, cuando estas instrucciones son ejecutadas por un calculador electronico.
45 [0027] La invencion tiene igualmente como objeto un sistema de regulacion del par instantaneo de una maquina electrica giratoria polifasica equipada con bobinados estatoricos y/o rotoricos alimentados por una tension y una corriente generados por un ondulador, estando formado el ondulador por interruptores cuya conmutacion es controlable, constando este sistema de:
50 - una unidad de control de la conmutacion de los interruptores del ondulador apta para aplicar un proceso de modulation de amplitud de impulsos slncrono con la frecuencia de la fundamental de la tension generada por el ondulador, estando configurado el proceso de modulacion en funcion de una consigna de entrada, y
- una unidad de calculo de la consigna de entrada a partir de una consigna de par instantaneo,
caracterizado porque consta de una unidad de determinacion del intervalo de tiempo entre dos instantes de regulacion sucesivos de manera que, mientras la consigna de par instantaneo sea constante, este intervalo de tiempo corresponded a un multiplo entero del perlodo de la oscilacion del par instantaneo de la maquina, estando 5 causada dicha oscilacion por unos armonicos de rango superior o igual a dos de la tension y/o de la corriente generados por el ondulador.
[0028] La invencion se comprendera mejor con la lectura de la descripcion que aparece a continuacion dada unicamente a tltulo de ejemplo y realizada en referencia a los dibujos en los cuales:
10
- la figura 1 es un grafico que representa la evolucion del par instantaneo en funcion del tiempo,
- la figura 2 es una ilustracion esquematica de un sistema de regulacion conforme a la invencion,
15 - la figura 3 es un grafico que representa la evolucion en el curso del tiempo de una senal de control de un interruptor
generado por el sistema de la figura 2, y
- la figura 4 es un organigrama de un procedimiento de regulacion conforme a la invencion.
20 [0029] La figura 2 representa un sistema 2 de regulacion del par electromagnetico instantaneo de un motor 4 equipado con un estator y un rotor. La siguiente descripcion se realizara en el caso particular en que este motor 4 sea un motor trifasico slncrono de polos lisos con imanes permanentes montados en superficie del rotor. El motor 4 esta equipado con bobinados estatoricos.
25 [0030] A tal efecto, el sistema 2 es apto para recibir en la entrada una consigna de par instantaneo rcs y para suministrar en la salida unas senales de control de un ondulador trifasico convencional 8. Este ondulador 8 es alimentado por una fuente 10 de tension continua.
[0031] De forma clasica, este ondulador 8 consta de tres brazos o “leg” en ingles, formados cada uno por dos 30 interruptores conectados en serie por medio de un punto medio. El punto medio de cada brazo esta conectado a los bobinados estatoricos del motor 4 de manera que alimente de tension y de corriente cada fase del motor.
[0032] El sistema 2 consta de una unidad de control 20 del ondulador 8 en funcion de una consigna de entrada y una unidad de calculo 22 de esta consigna de entrada en funcion de la consigna rcs. Aqul, la consigna de entrada es
35 un vector de tension V definido por su modulo
V
y un angulo b0 en un punto de referencia ortonormal fijo a,p
vinculado al estator. El angulo b0 se define con respecto al eje a de este punto de referencia. Este punto de referencia se utiliza frecuentemente y no se describira mas en detalle.
[0033] La unidad de control 20 consta de un modulo 26 de control de la conmutacion de los interruptores del 40 ondulador 8, por modulacion de amplitud de impulsos y un modulo 28 de selection del tipo de modulation.
[0034] El modulo 26 es apropiado para controlar la conmutacion de los interruptores del ondulador 8 en funcion del valor del angulo b0 y de los angulos ai seleccionados por el modulo 28. A tal efecto, el modulo 26 aplica un
proceso convencional de modulacion de amplitud de impulsos slncrona con la frecuencia de la fundamental de la 45 tension generada por el ondulador 8. Un ejemplo de senal de control generada por este modulo 26 se representa en la figura 3.
[0035] La figura 3 representa la evolucion de la senal de control de un interruptor superior de un brazo del ondulador 8 en el curso del tiempo. Aqul, por ejemplo, el valor 0 de la senal indica que la apertura del interruptor 50 esta controlada mientras que el valor 1 indica que el cierre del interruptor esta controlado. La figura 2 representa los instantes de regulacion en funcion de la fase de la fundamental de tension generada por el ondulador 8. El intervalo [0,2n] esta dividido en cuatro subintervalos iguales n1, n2, n3 y En el intervalo n1, los instantes de conmutacion
del interruptor son definidos por unos angulos ai. Aqul, siete angulos ai son necesarios para definir las
conmutaciones del interruptor durante el intervalo n y la modulacion de amplitud de impulsos representada aqul se 55 denomina por tanto “siete angulos". Los instantes de conmutacion en los intervalos de n2 a n4 se deducen de los
definidos para el intervalo tti por unas transformaciones clasicas. Las senales de control de los otros interruptores se
2k
deducen del de la figura 2 desplazando de P la serial de la figura 2, donde p es el numero de fases del motor 4.
[0036] De manera que se eliminen los armonicos de rango par y los armonicos de rango multiplo de tres, la serial
n 3k
5 de control presenta aqui dos ejes de simetria a las abscisas 2 y 2 y un punto de simetria P a la abscisa tt.
[0037] Asl, se define un tipo de modulacion una vez que se conoce el valor de los angulos ai.
[0038] El valor de los angulos ai fijo el modulo de la fundamental de la tension generada por el ondulador es por 10 tanto el par medio del ondulador.
[0039] El modulo 28 es apto para seleccionar y para suministrar el valor de los angulos ai correspondiente al
15
valor del modulo de tension
V
recibido en la entrada. A tal efecto, el modulo 28 esta asociado a una memoria 32
que contiene una tabla TP de la forma siguiente:
- V aii a 21 a 31 a 41 a 51 a 61 a 71
- V k aik a2k a3k a4k a5k a6k a7k
- V m aim a2m a3m a4m a5m a6m a7m
[0040] Esta tabla TP apropiada para asociar a cada valor normalizado
20
del modulo de tension
V
, el valor de los angulos (Xik que permite al
modulo de la fundamental es igual al modulo
V
. La relacion que permite
V
al valor producido por el modulo 24 es la siguiente:
ondulador 8 generar una tension cuyo pasar del valor normalizado del modulo
25
donde:
- VM es el valor instantaneo de la tension en bornes de la fuente 10. [0041] Si el valor normalizado
5
se situa entre dos valores prerregistrados en la tabla TP, el modulo de seleccion 28 es capaz de calcular por interpolacion lineal los valores correspondientes de los angulos (X{.
10 [0042] La unidad de calculo 22 consta de un modulo de conversion 40 y un modulo 42 de control de respuesta exacta.
[0043] El modulo 40 es apropiado para convertir de forma convencional la consigna Tcs en una consigna de corriente I(T). La consigna de corriente I(T) se define aqul por sus componentes Id (T) e Iq (T) en un punto de
15 referencia ortonormal d, q giratorio, vinculado al flujo rotorico, estando el eje d alineado sobre el flujo rotorico. Este punto de referencia d, q es convencional y el paso de las coordenadas expresadas en el punto de referencia a,p en las expresadas en el punto de referencia d, q se efectua por una simple rotacion de los ejes de referencia.
[0044] El modulo 42 recibe en la entrada los componentes Iq (T) e Id (T) y suministra en la salida a la unidad 20 los
20 valores del modulo
V
y del angulo b0 del vector de tension.
[0045] El modulo 42 es apto para calcular el valor del vector de tension V para que en el proximo instante de
regulacion, se alcance la consigna de par instantaneo correspondiente a la consigna I (T). A tal efecto, el modulo
24 aplica un proceso de control de respuesta exacta igualmente conocido con los terminos ingleses de "deadbeat 25 control". Por ejemplo, aqul, el proceso aplicado se describe en la solicitud de patente EP-A- 123 35 06. Por tanto,
nos limitaremos a recordar que la relacion utilizada para calcular el valor del vector de tension V en funcion de la
consigna I(T) es la siguiente:
30
en la cual:
!)
35 y:
es la evolucion natural de las corrientes instantaneas del estator del motor en cortocircuito despues de un intervalo de regulacion T a partir del estado inicial de la corriente estatorica en el instante de medicion y de regulacion 5 precedente de las corrientes.
[0046] T es el intervalo de tiempo entre el instante de regulacion habitual y el proximo instante de regulacion, R es la resistencia estatorica del motor, L es la inductancia estatorica del motor y t es la constante de tiempo estatorica
10
[0047]
El angulo b0 se transmite directamente al modulo 26 de control mientras que el modulo
V
se transmite
al modulo 28 de seleccion.
[0048] Se observara que para establecer el vector de tension V , el modulo 42 necesita conocer el intervalo de 15 tiempo T entre dos instantes de regulacion.
[0049] A tal efecto, el sistema 2 consta de una unidad 44 apropiada para determinar el valor del intervalo en funcion de la consigna de corriente I (T).
20 [0050] En el modo de realizacion particular descrito aqul, el sistema 2 consta igualmente de una unidad 46 de rectificacion de la consigna de par instantaneo cuando esta no se puede alcanzar desde el proximo instante de regulacion a causa de limitacion funcional del sistema 2 o del ondulador 8. Mas precisamente, la unidad 46 consta de un modulo 48 de rectificacion de la consigna de par instantaneo cuando el intervalo T determinado por la unidad 44 supera unos umbrales predefinidos Tmin y Tmax. La unidad 46 consta igualmente de un modulo de rectificacion 49
25
de la consigna de par instantaneo cuando el modulo
V
suministrado por el modulo 42 supera un llmite de tension
continua maxima predefinida VM. A tal efecto, la unidad 46 esta conectada a la unidad 44 de manera que se conozca
el valor del intervalo T y a la salida del modulo 42 de manera que se conozca el valor del modulo
V
La unidad 46
esta conectada igualmente directamente a la entrada del modulo 42 de manera que se pueda proporcionar a este una consigna de par instantaneo rectificado bajo la forma de una consigna de corriente.
30
[0051] Mas precisamente, las unidades 44 y 46 son aptas para realizar los calculos que se describiran con respecto a la figura 4.
[0052] Finalmente, el sistema 2 consta de un sensor 50 de la corriente I(O) en los bobinados estatoricos, un
35 sensor 52 de la tension continua Vm generada por la fuente 10, un sensor 54 de la velocidad angular w del rotor del motor 4 y un sensor 56 de la posicion angular po del rotor del motor 4.
[0053] El sensor 50 esta formado por varios sensores de corriente elemental apropiados cada uno para medir la corriente en los bobinados estatoricos de una fase del motor 4, de manera que se mida el vector de corriente
40 instantaneo. Este sensor 50 es ademas apropiado para transformar el vector de corriente instantaneo medido por la transformacion de Concordia generalizada en un sistema polifasico, de manera que se suministren en la salida directamente los dos componentes del vector de corriente instantaneo Id(0) e Iq(0).
[0054] Estos sensores estan especialmente conectados a las unidades 44 y 46. No obstante, estas conexiones no 45 se han representado para simplificar la ilustracion de la figura 2.
[0055] El sistema 2 se realiza caracterlsticamente a partir de un calculador electronico programable convencional apto para ejecutar unas instrucciones registradas en un soporte de registro de informaciones. A tal efecto, el sistema 2 esta asociado a una memoria 60 que contiene unas instrucciones para la ejecucion del procedimiento de la figura 4.
5
[0056] El funcionamiento del sistema 2 se va a describir ahora con respecto al procedimiento de la figura 4.
[0057] Este procedimiento se compone de dos fases principales, una fase de inicializacion 70 seguida de una fase 72 de regulacion.
10
[0058] Durante la fase 70, los diferentes tipos de modulacion se construyen durante una operation 74 de manera que se eliminen ciertos rangos de armonicos predeterminados. La operacion 74 se realiza por ejemplo con la ayuda del programa de simulation de un modelo numerico del ondulador 8 y del motor 4. Durante esta operacion 74, se
determina el valor de los angulos ai para cada tipo de modulacion.
15
[0059] Despues de la operacion 74, los conjuntos de valores de angulos ai determinados se registran, durante
una operacion 76, en la memoria 32 asociada al valor normalizado del modulo
V
correspondiente de manera que
se forme la tabla TP.
20 [0060] Durante esta fase 70, los diferentes parametros constantes del motor 4 se determinan y registran igualmente, durante una operacion 78, en la memoria 60. Por ejemplo, durante esta operacion 70, el valor de la inductancia estatorica L y de la resistencia estatorica R del motor as! como el valor del flujo Oa se registra en la memoria 60.
25 [0061] Una vez que la fase de inicializacion ha terminado, la fase de regulacion puede comenzar.
[0062] En el instante de regulacion habitual, la intensidad I(O) , la tension continua Vm, la position angular po y la velocidad angular w son medidas, durante una etapa 80, respectivamente por los sensores 50, 52, 56 y 54.
30 [0063] A continuation, el modulo 40 adquiere el valor de la consigna de par instantaneo Tcs y convierte, de forma convencional, durante una etapa 82, esta consigna de par Tcs en una consigna de corriente I(T).
[0064] La unidad 44 procede entonces a una etapa 86 de determination del valor del intervalo T entre el instante de regulacion habitual y el proximo instante de regulacion. Esta etapa, comienza por una operacion 90 durante la
ri(.0),iZ(P),i5(T)rf(n
35 cual la unidad 44 establece el valor de los parametros las relaciones siguientes:
con la ayuda de
40 donde:
- Oa es el flujo rotorico de los imanes,
- L es la inductancia estatorica del motor 4,
45
- X se define por la relation X = L. w, donde w es la velocidad angular medida en este instante de regulacion,
- Z se define por la relacion
donde R es la resistencia estatorica del motor 4,
- Id(O) e Iq(O) son las coordenadas en el punto de referencia d, q del vector de corriente I(O) instantaneo medido
por el sensor 50 en este instante de regulacion e 5
- Id(T) e Iq(T) son los componentes de la consigna de vector de corriente suministrado por el modulo 40.
[0065] A partir del valor de los parametros
operacion 90, la unidad 44 establece durante una operacion 92, el valor de los angulos fyd y con la ayuda de las
10 relaciones siguientes:
15 donde el simbolo ... representa el modulo de un vector.
[0066] Mas arriba, se ha explicado que el par instantaneo se descompone en un par casi constante rm y en un par pulsatorio. En este caso, las modulaciones de amplitud de impulsos se construyen para eliminar los armonicos de rango par y los armonicos de rango 3n, donde n es un numero entero, como aqul, se ha establecido que el periodo 20 del par pulsatorio es T’/2p, donde T’ es el periodo de la fundamental de la tension generada por el ondulador y p es el numero de fases del motor 4. Mas precisamente, se ha constatado que el par instantaneo se repite cada vez que
el vector de tension V hace un angulo kn/p con el eje a del punto de referencia a,p.
[0067] A tal efecto, para determinar el intervalo de tiempo T, se anade al sistema de ecuaciones de la relacion (1) 25 una ecuacion suplementaria que expresa el hecho de que la fase del vector de tension V debe ser un multiplo de
kx7T
3 Por ejemplo, esto se expresa por la relacion matematica siguiente:
30 donde: Va et Vp son las coordenadas del vector de tension
V
en el punto de referencia a,p.
[0068] Se observara que el sistema de ecuaciones (1) es un sistema de dos ecuaciones y de tres incognitas (T, Vd y Vq) y que, por consiguiente, siempre es posible encontrar una solucion a este sistema de ecuaciones (1) incluso anadiendo una limitation suplementaria sobre las incognitas Vd y Vq.
35
[0069] Una solucion analltica del sistema de ecuaciones (1) al cual se ha anadido la relacion (4) se expresa por la relacion siguiente:
donde:
5 - p0 es el angulo del punto de referenda d, q con respecto al punto de referenda a, p, siendo medido este angulo p0 por el sensor 56 y
- k es un numero entero comprendido en el conjunto {0,1,2,3,4,5}.
10 [0070] Las otras variables de esta relacion se han definido ya con respecto a unas operaciones 90 y 92.
[0071] La unidad 44 determina el valor del intervalo T resolviendo por iteraciones sucesivas la relacion (5). Mas precisamente, la unidad 44 fija, durante una operacion 94, un valor inicial Ts para el intervalo T y calcula el miembro de derecha de la relacion (5) para este valor TS. Para obtener una convergencia rapida hacia el resultado, el valor TS
15 se selecciona igual a 1/(6.Np.Fm) donde Np es el numero de pares de polos del motor 4 y Fm es la frecuencia mecanica del rotor del motor 4 medida a partir del sensor 54.
[0072] A continuacion, la unidad 44 calcula durante una operacion 96, el valor del intervalo T para que el miembro de izquierda corresponda al valor establecido para el miembro de derecha durante la operacion 94.
20
[0073] La unidad 44 vuelve entonces a la operacion 94 seleccionando como valor inicial Ts el establecido para el intervalo T durante la operacion 96.
[0074] Las operaciones 94 y 96 se reiteran as! hasta que el valor del intervalo T se establezca con una precision 25 suficiente.
[0075] A continuacion, el valor del intervalo T se compara, durante una operacion 98, a los dos umbrales de tiempo Tmin y Tmax. Por debajo del umbral Tmin, el intervalo de tiempo T es demasiado reducido para que los calculos puedan ser realizados en tiempo real. Por encima del umbral Tmax, los instantes de regulacion estan demasiado separados 30 unos de otros lo que deja el motor sin control durante demasiado tiempo.
[0076] Si el valor del intervalo T esta comprendido entre los dos umbrales Tmin y Tmax, se ejecuta una etapa 99 de
calculo del modulo
V
y del angulo p0.
35 [0077] Si durante la operacion de comparacion 98, el valor del intervalo T establecido anteriormente supera uno de estos umbrales, el modulo 48 procede a una primera etapa 100 de rectificacion de la consigna de par instantaneo.
[0078] Al comienzo de la etapa 100, el valor del intervalo T se fija, durante una operacion 102, en el valor del umbral que se ha superado, es decir, en el valor del umbral Tmin o del umbral Tmax.
40
[0079] A continuacion, durante una operacion 104, se establece una nueva consigna de par instantanea temporal, que se pueda alcanzar en el intervalo T fijado durante la operacion 102. A tal efecto, la relacion (5) se resuelve en el caso en que el valor del intervalo T es el establecido durante la operacion 102 y fijando el valor sea de Id(T) o de Iq(T). Por ejemplo, en el caso en que se busca mantener el par, el valor de Iq(T) se fija igual al establecido por el
45 modulo 40 mientras que el valor Id(T) es la incognita. La relacion (5) se escribe entonces en la forma:
donde:
5 - Tm es el valor del intervalo T fijado durante la operacion 102.
[0080] En el caso en que se busca mantener la desexcitacion, el valor de Id(T) se fija al establecido por el modulo 40 y el valor de Iq(T) se establece con la ayuda de la relacion siguiente:
10
[0081] La unidad 44 resuelve la ecuacion (6) o la ecuacion (7) procediendo por iteraciones sucesivas de forma similar a lo que se ha descrito con respecto a unas operaciones 94 y 96.
15 [0082] Despues de la etapa 100, el procedimiento procede a la etapa 99.
[0083] Durante la etapa 99, un proceso de control de respuesta exacta se aplica para establecer el vector de tension V a partir de la consigna I(T) y del valor del intervalo T. Este proceso que ya se ha descrito en la patente EP A 123 35 06 no describira en detalle aqul.
20
[0084] El modulo
V
generado por el modulo 42 es comparado por la unidad 46, durante una etapa 110 con el
llmite de tension Vm medido por el sensor 52. Si el modulo
V
no es superior al llmite Vm, el procedimiento se
prosigue por una etapa 112 de control de la conmutacion de los interruptores del ondulador 8.
25 [0085] En el caso contrario, la unidad 46 procede a una segunda etapa 114 de rectificacion de la consigna de par instantaneo.
[0086] Durante la etapa 114, se calcula una consigna temporal de par instantaneo. A tal efecto, la relacion (5) se
resuelve teniendo en cuenta una limitacion suplementaria segun la cual un modulo de tension 30 superior al llmite Vm. Esta limitacion suplementaria se expresa por la relacion siguiente:
V
no puede ser
donde:
5
. lf{T) y lf(T)
A 123 35 06.
representan la evolucion natural del motor para una tension nula y se definen en la patente EP
[0087] El sistema de ecuaciones formado por las relaciones (5) y (8) puede escribirse igualmente en la forma:
10
[0088] El sistema de ecuaciones (9) esta constituido por dos ecuaciones que permiten ambas calcular el intervalo T a partir de coordenadas del vector de consigna de corriente I (T). Cuando se alcanza el llmite de tension Vm, es mas posible en el caso general imponer Iq(T), Id(T) y el valor del intervalo T correspondiente. El hecho de alcanzar el
15 llmite de tension Vm hace perder por tanto un grado de libertad. Para resolver este sistema (9), el modulo 49 fija,
durante una operacion 116, uno de los dos componentes del vector de corriente I(T) y calcula el intervalo de
tiempo T con la ayuda de una de las dos ecuaciones del sistema (9). A continuacion, durante una operacion 118, con la ayuda de la otra ecuacion del sistema 26 y del valor de intervalo T calculado durante la operacion 116, se
calcula el valor de la otra coordenada del vector de consigna de corriente I(T).
20
[0089] Por ejemplo, si el valor del componente Iq(T) se fija igual al valor aplicado en la entrada del modulo 42, el valor del intervalo de tiempo T se define por las relaciones siguientes:
[0090] Otra posibilidad consiste en fijar el valor del componente Id(T) y en calcular el intervalo T con la ayuda de las relaciones siguientes:
5
5
[0091] Despues de la etapa 114, el procedimiento vuelve a la etapa 98 de comparacion del valor del intervalo T a los umbrales Tmin y Tmax.
[0092] Durante la etapa 112, el modulo de seleccion 28 selecciona en la memoria 32, durante una operation 130,
el valor de los angulos ai correspondiente al modulo
V
y suministra estos angulos al modulo 26.
[0093] A continuation, el modulo 26, durante una operacion 132, controla la conmutacion de los interruptores del 10 ondulador 8 aplicando la modulation de amplitud de impulsos definida por los angulos ai recibidos.
[0094] Hasta el proximo instante de regulation, el modulo 26, sigue controlando los interruptores del ondulador 8 con la ayuda del mismo tipo de modulacion.
15 [0095]
Despues de la etapa 112 y en el proximo instante de regulacion, el procedimiento vuelve a la etapa 80.
[0096] Asi, el procedimiento anterior solo regula el par instantaneo en unas instantes en los que la fase del vector
kx Jl
de tension
V
hace un angulo de
con el eje a del punto de referenda a,p. Gracias a esta propiedad, el par
instantaneo solo se regula en unos multiplos enteros del perlodo de las oscilaciones del par instantaneo generado 20 por los armonicos de tension. Como se ha explicado con respecto a la figura 1, esto permite limitar los cambios de tipos de modulacion y, por tanto, la generation de armonicos no controlados.
[0097] Asl, el procedimiento de la figura 4 combina a la vez las ventajas de un procedimiento de control de respuesta exacta y las ventajas vinculadas a la utilizacion de modulacion de amplitud de impulsos slncronos. En 25 particular, este procedimiento presenta una gran dinamica a la vez que permite garantizar la ausencia de ciertos rangos de armonicos.
Claims (8)
- REIVINDICACIONES1. Procedimiento de regulacion del par electromagnetico instantaneo de una maquina electrica giratoria polifasica equipada con bobinados estatoricos y/o rotoricos alimentados por una tension y una corriente generados5 por un ondulador, estando formado el ondulador por interruptores cuya conmutacion es controlable, constando este procedimiento de:- una etapa (112) de control de la conmutacion de los interruptores del ondulador aplicando un proceso de modulation de amplitud de impulsos slncronos con la frecuencia de la fundamental se la tension generada por el10 ondulador, estando configurado el proceso de modulacion en funcion de una consigna de entrada, y- en cada instante de regulacion, una etapa (99) de calculo de la consigna de entrada, a partir de una consigna de par instantaneo,15 caracterizado porque consta de una etapa (86) de determination del intervalo (T) de tiempo entre dos instantes de regulacion sucesivos de manera que, mientras la consigna de par instantaneo sea constante, este intervalo de tiempo corresponded a un multiplo entero del perlodo de la oscilacion del par instantaneo de la maquina, estando causada dicha oscilacion por unos armonicos de rango superior o igual a dos de la tension y/o de la corriente generadas por el ondulador.20
- 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la etapa de calculo consta de un proceso de control de respuesta exacta de manera que la consigna de par instantaneo se alcance desde el primer instante de regulacion.25 3. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, para una maquina equipada conun rotor, caracterizado porque dicho intervalo se determina ademas en funcion de la consigna de par instantaneo (rcs), de la position (p0) y de la velocidad angular (w) del rotor de dicha maquina.
- 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado porque para una maquina slncrona de polos30 lisos, dicho intervalo de tiempo (T) se determina con la ayuda de las relaciones siguientes
imagen1 donde:- Oa es el flujo rotorico predefinido de los imanes,5 - L es la inductancia estatorica de dicha maquina,- X se define por la relacion X = L.w donde w es la velocidad angular del rotor,- Z se define por ^ yR2+L a . donde R es la resistencia estatorica de la maquina,10- Id (O) e lq(O) son los componentes del vector de corriente instantaneo medido en el instante de regulation, en un punto de referencia giratorio d, q vinculado al flujo rotorico, estando el eje d alineado sobre el flujo rotorico,- Id (T) e Iq(T) son los componentes de un vector de consigna de corriente correspondiente a la consigna de par 15 instantaneo, en el punto de referencia d, q y- po es el angulo entre el punto de referencia d, q y un punto de referencia a,p fijo vinculado a los bobinados estatoricos.20 5. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque losJTinstantes de regulacion estan separados unos de otros por un intervalo temporal igual a 2pdonde p es el numerode fases de la maquina y T’ es el perlodo de la fundamental de la tension generada por el ondulador. - 6. Procedimiento segun la reivindicacion 5, caracterizado porque los instantes de regulacion se 25 escogen para que correspondan exactamente a unos instantes en los que la fase de la fundamental de la tensionkftgenerada por el ondulador es igual a P siendo k un numero entero.
- 7. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque consta de una etapa (100) de rectification de la consigna de par instantaneo cuando el intervalo (T) determinado supera un30 umbral predefinido de tiempo, constando esta etapa de rectificacion de:a) una operation (102) que consiste en tomar como valor de dicho intervalo el valor del umbral superado yb) una operacion (104) de establecimiento de una consigna de par instantaneo temporal susceptible de ser 35 alcanzada con el valor del intervalo de tiempo establecido durante la operacion a.
- 8. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque consta de una etapa (114) de rectificacion de la consigna de par instantaneo cuando la consigna de entrada que se va a utilizar durante la etapa de control (112) supera un llmite predefinido de consigna, constando esta segunda etapa de40 rectificacion de:- una operacion (118) de establecimiento de una nueva consigna temporal de par instantaneo para la cual se respeta el llmite predefinido de consigna.45 9. Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado porque el llmite predefinido de consigna semide (en 80) en cada instante de regulacion habitual.
- 10. Soporte de registro de informaciones (60), caracterizado porque consta de unas instrucciones para la ejecucion de un procedimiento de regulacion conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, cuando50 dichas instrucciones son ejecutadas por un calculador electronico.
- 11. Sistema de regulacion del par electromagnetico instantaneo de una maquina electrica giratoria polifasica equipada con bobinados estatoricos y/o rotoricos alimentados por una tension y una corriente generados por un ondulador, estando formado el ondulador por interruptores cuya conmutacion es controlable, constando estesistema de:- una unidad (20) de control de la conmutacion de los interruptores del ondulador apta para aplicar un proceso de modulacion de amplitud de impulsos slncrono con la frecuencia de la fundamental de la tension generada por el5 ondulador, estando configurado el proceso de modulacion en funcion de una consigna de entrada, y- una unidad (22) de calculo, a partir de una consigna de par instantaneo de la consigna de entrada,caracterizado porque consta de una unidad (44) de determinacion del intervalo de tiempo entre dos instantes de 10 regulacion sucesivos de manera que, mientras la consigna de par instantaneo sea constante, este intervalo de tiempo corresponded a un multiplo entero del perlodo de la oscilacion del par instantaneo de la maquina, estando causada dicha oscilacion por unos armonicos de rango superior o igual a dos de la tension y/o de la corriente generados por el ondulador.
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