ES2708332T3

ES2708332T3 - Freno eléctrico fiable para un motor sincrónico

Info

Publication number: ES2708332T3
Application number: ES15804366T
Authority: ES
Inventors: Gerald Amler; Hans Bergner
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2019-04-09
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: WO2016107707A1; EP3201034A1; RU2666049C1; EP3040232A1; US20170355280A1; CN107112927B; EP3201034B1; US9908433B2; CN107112927A

Abstract

Procedimiento para el control fiable del momento de frenado de un sistema de accionamiento (1), en donde el sistema de accionamiento (1) presenta una máquina sincrónica (2) y un dispositivo de conmutación (3); en donde la máquina sincrónica (2) presenta conexiones de fase (20); en donde el dispositivo de conmutación (3), en un primer estado, conecta las conexiones de fase (20) entre sí de tal modo que en la máquina sincrónica (2) se genera un primer momento de frenado (MBr1), y en un segundo estado, conecta las conexiones de fase (20) entre sí de modo tal que en la máquina sincrónica (2) se genera un segundo momento de frenado (MBr2); en donde el dispositivo de conmutación (3) conmuta entre los estados de modo que en la media temporal, en la máquina sincrónica resulta un momento de frenado (M*) predeterminable; en donde para generar el primer momento de frenado (MBr1) se cortocircuitan las conexiones de fase (20) de la máquina sincrónica (2); en donde para generar el segundo momento de frenado (MBr2) las conexiones de fase (20) de la máquina sincrónica (2) se conectan con al menos una resistencia (4); caracterizado porque la conmutación tiene lugar periódicamente; en donde la conmutación entre los estados del dispositivo de conmutación (3) tiene lugar con una frecuencia de conmutación de 10 Hz o mayor; en donde el procedimiento se utiliza para frenar un vehículo, particularmente un vehículo ferroviario; en donde la conmutación entre los estados del dispositivo de conmutación (3) se controla mediante un relé temporizador; en donde la conmutación se realiza de manera no regulada por el relé temporizador.

Description

DESCRIPCION

Freno electrico fiable para un motor sincronico

La presente invencion hace referencia a un procedimiento para el control fiable del momento de frenado de un sistema de accionamiento con una maquina sincronica. La invencion hace referencia, ademas, a un sistema de accionamiento y a un vehiculo, particularmente un vehiculo ferroviario, con un sistema de accionamiento de este tipo.

Los sistemas de accionamiento que presentan un convertidor de corriente y un motor, tambien denominado maquina electrica, pueden proveer un momento de rotacion muy preciso en el arbol del motor. Esto incluye tanto momentos para la aceleracion del motor, como momentos de frenado para frenar el motor.

Dicha circunstancia se observara a continuacion en detalle tomando como ejemplo vehiculos ferroviarios. En la actualidad, los vehiculos ferroviarios se accionan en la mayoria de los casos electricamente. Un motor se ocupa de que el vehiculo pueda acelerarse pero tambien de frenarlo. En el frenado mediante el motor se realimenta energia electrica que despues se conduce a la red de alimentacion o se consume mediante las resistencias de frenado. Adicionalmente al freno electrico, los vehiculos poseen tambien un freno mecanico, tambien denominado freno de friccion, con discos de freno o frenos de rueda. Este segundo dispositivo de frenado mecanico se necesita ante todo para poder frenar el vehiculo de manera fiable ante una falla del freno electrico. Los sistemas de accionamiento actuales funcionan de manera tan fiable que el freno mecanico practicamente se necesita solo para el freno estacionario en el estado de reposo, aunque tambien debe estar disenado para todo el rango de velocidades.

Los requisitos reglamentarios exigen un frenado fiable del vehiculo, que lleve el vehiculo de manera fiable al estado de reposo en cualquier estado del vehiculo. En la actualidad esta proporcionado para ello el freno mecanico, que posee un diseno constructivo claro que permite comprender de manera sencilla el modo de funcionamiento. El mismo esta sin embargo sujeto a un desgaste de modo que requiere un mantenimiento regular.

Con las regulaciones que se realizan en la actualidad en el convertidor de corriente se pueden ajustar, dentro de los datos nominales de maquina y convertidor de corriente, los momentos de rotacion discrecionales y con ello tambien los momentos de frenado. Sin embargo, la regulacion del convertidor de corriente es muy compleja a causa de sus variadas magnitudes de entrada y operaciones internas. Por esta razon, resulta sumamente dificil comprobar una regulacion que sea libre de fallas para todos los tipos de estado de vehiculo y de funcionamiento posibles. Asi, el convertidor de corriente con su modo de regulacion actual, resulta apropiado solo como freno de servicio que se completa para garantizar las exigencias de seguridad con un freno mecanico ejecutado en el vehiculo y con sus parametros caracteristicos.

Por la solicitud DE 101 60612 A1 es conocido un accionamiento por traccion con un convertidor de traccion y una maquina sincronica de excitacion permanente. En una maquina sincronica, tambien denominada motor sincronico, se puede generar de manera sencilla un momento de frenado conectando los bornes de la maquina sincronica con las resistencias. La solicitud describe la conmutacion en un grupo de resistencia para frenar de forma fiable el vehiculo. El momento de frenado se ajusta sobre los parametros de la maquina y de los valores de resistencia, asi como del numero de revoluciones.

Por la solicitud US 2012/0043817 A1 se conoce un sistema de accionamiento para una aplicacion con una red de tension alterna aislada. Este sistema de accionamiento presenta una maquina electrica trifasica que puede funcionar como un motor o como un generador.

La presente invencion tiene por objeto especificar un procedimiento para el control fiable del momento de frenado de un sistema de accionamiento con una maquina sincronica, en el cual se obtiene de forma fiable un momento de frenado que puede ser controlado.

Dicho objeto se resuelve mediante un procedimiento para el control fiable del momento de frenado de un sistema de accionamiento; en donde el sistema de accionamiento presenta una maquina sincronica y un dispositivo de conmutacion; en donde la maquina sincronica presenta conexiones de fase; en donde el dispositivo de conmutacion, en un primer estado, conecta las conexiones de fase entre si de tal modo que en la maquina sincronica se genera un primer momento de frenado M^bm, y en un segundo estado, conecta las conexiones de fase entre si de modo tal que en la maquina sincronica se genera un segundo momento de frenado MBr²; en donde el dispositivo de conmutacion conmuta entre los estados de modo que en la media temporal, en la maquina sincronica resulta un momento de frenado M* predeterminable. Dicho objeto se resuelve ademas mediante un sistema de accionamiento para implementar el procedimiento para el control fiable del momento de frenado; en donde el sistema de accionamiento presenta una maquina sincronica y un dispositivo de conmutacion; en donde la maquina sincronica presenta conexiones de fase; en donde el dispositivo de conmutacion esta conectado electricamente con las conexiones de fase; en donde el dispositivo de conmutacion presenta un primer y un segundo estado; en donde al menos un valor de las impedancias entre las conexiones de fase en el primer y el segundo estado del dispositivo de conmutacion se diferencian entre si. Ademas, este objeto se resuelve mediante un vehiculo, particularmente un vehiculo ferroviario, con un sistema de accionamiento en correspondencia.

Los acondicionamientos ventajosos de la presente invencion se indican en las reivindicaciones relacionadas.

La presente invencion se basa en el conocimiento de que una maquina sincronica, particularmente una maquina sincronica de excitacion permanente, resulta apropiada para garantizar un frenado fiable. La maquina sincronica tiene la propiedad de que tan pronto como la misma rota, genera una tension que conduce corrientes a traves de resistencias y con ello a un momento de frenado. De esta manera, se puede realizar con pocos elementos un freno electrico simple. Por los pocos elementos, este freno es apropiado para cumplir las condiciones reglamentarias para un freno electrico fiable. A causa de la reducida complejidad, resulta posible de manera relativamente sencilla la comprobacion de la seguridad requerida.

Junto a la realizacion fiable de la accion de frenado, el freno debe poder ser controlado para, por ejemplo, no sobrepasar el valor maximo de rozamiento entre la rueda y el rail.

Para utilizar la menor cantidad posible de componentes adicionales que sean elementos para efectuar el control, que aumentarian la complejidad del control y dificultarian la comprobacion de la seguridad, para la generacion del momento de frenado, se proporciona un dispositivo de conmutacion en el sistema de accionamiento. El objeto del dispositivo de conmutacion consiste en que el dispositivo de conmutacion conecte las conexiones de fase de la maquina sincronica de modo que en al menos dos estados del dispositivo de conmutacion se generen dos momentos de frenado diferentes en la maquina sincronica. Aqui, se ha demostrado como ventajoso cuando en un primer estado del dispositivo de conmutacion, las conexiones de fase de la maquina sincronica estan en cortocircuito; y en un segundo estado del dispositivo de conmutacion, las conexiones de fase, preferentemente simetricamente unas con respecto a otras, se conectan con al menos una resistencia. Para la realizacion de la simetria, se ha demostrado como ventajoso que se rectifiquen las corrientes de las conexiones de fase, por ejemplo mediante un puente de diodos B6, y finalmente se suministre la corriente rectificada a una resistencia. Por medio de la conmutacion entre los dos estados del dispositivo de conmutacion, se realiza un momento de frenado en la maquina sincronica, el cual se corresponde con el promedio temporal a partir del primer momento de frenado aplicado y del segundo momento de frenado aplicado. Un correspondiente valor teorico, tambien denominado momento de frenado predeterminable, puede predeterminar el control. Se ha demostrado que resulta particularmente conveniente cuando la conmutacion tiene lugar en el orden de magnitud de 10 Hz. En esta frecuencia de conmutacion o en frecuencias de conmutacion mayores, a causa de la inercia del sistema de accionamiento, una oscilacion del momento de frenado no repercute realmente sobre el numero de revoluciones o en la velocidad del sistema de accionamiento.

Como dispositivo de conmutacion tambien se puede utilizar un convertidor de corriente autoconmutado, ya presente en el sistema de accionamiento, con una o varias unidades de frenado en el circuito intermedio. Al utilizar varias unidades de frenado, se pueden conseguir mas estados del dispositivo de conmutacion, a partir de las cuales se puede generar el momento de frenado predeterminable en la maquina sincronica. Se denomina unidad de frenado a un circuito en serie de resistencia e interruptor, en donde dicho circuito en serie esta dispuesto electricamente en paralelo con respecto a un condensador de circuito intermedio del convertidor de corriente autoconmutado. El interruptor esta realizado en este caso por lo general como un interruptor electronico de potencia, con lo cual el mismo puede implementarse para conmutaciones rapidas hasta en el rango de kHz. En el estado bloqueado de los semiconductores de potencia del convertidor de corriente autoconmutado, los diodos libres conducen la corriente del convertidor de corriente autoconmutado cuando la tension del circuito intermedio desciende por la resistencia de frenado. La energia de frenado se transforma mediante la resistencia de frenado en calor. El interruptor, que conecta la resistencia de frenado con el circuito intermedio, puede realizarse, recurriendo a la menor electronica posible, por ejemplo como un contactor que durante el frenado conecta de forma permanente la resistencia de frenado. Mediante la seleccion del valor de resistencia esta determinada la fuerza de frenado a traves del numero de revoluciones, o bien de la velocidad.

A fin de conseguir un control del momento de frenado particularmente ventajoso, el convertidor de corriente autoconmutado debe ser controlado de modo que se pase periodicamente desde el estado "corriente a traves de diodos libres", en el cual las conexiones de fase estan conectadas electricamente mediante diodos libres con la resistencia de la unidad de frenado, al estado "cortocircuito", en el cual las conexiones de fase de la maquina sincronica estan en cortocircuito por medio de los interruptores de semiconductores de potencia del convertidor de corriente autoconmutado. A causa de las altas inductancias de la maquina sincronica, particularmente en maquinas sincronicas excitadas de manera permanente, durante el cortocircuito de las conexiones de fase no aparecen corrientes inadmisiblemente elevadas para el convertidor de corriente autoconmutado. En la mayoria de los casos, las corrientes de cortocircuito son insignificantemente mayores a las corrientes nominales. Con el cortocircuito de la maquina electrica, donde la maquina electrica tambien se denomina motor, resulta otra curva caracteristica de frenado, que justamente en numeros altos de revoluciones probablemente no presenta momento de rotacion. Mediante la conmutacion periodica de los estados, se intercambia entre las curvas caracteristicas de frenado. Segun la relacion de la duracion de los dos estados, se puede alcanzar en la media una curva caracteristica de frenado, que se ubica entre la curva caracteristica de la resistencia y del cortocircuito. De esta manera, resulta posible, desde la velocidad maxima hasta velocidades bajas, un control del momento de frenado continuo entre el momento maximo y momentos minimos.

Dicho control del momento de frenado no requiere una regulacion de la maquina o de la corriente, por ejemplo utilizando magnitudes de maquinas. Solo por el sistema antideslizante, tambien conocido en otros vehiculos como sistema antibloqueo de ruedas, abreviado ABS, se puede requerir mas o menos momento, y con ello el momento de rotacion desciende o se incrementa nuevamente en contraposicion al valor maximo.

En la ausencia de numero de revoluciones, las curvas caracteristicas de cortocircuito y de resistencia del momento de frenado se cruzan. En este punto, ya no resulta posible ajustar el momento de rotacion mediante este procedimiento. En este numero de revoluciones, o bien a esta velocidad, se consigue un control sincronizando el interruptor de la unidad de frenado, o sea con una activacion periodica. La sincronizacion de la unidad de frenado, con un grado de modulacion < 1, actua como un incremento de la resistencia conectada. De esta manera, resulta por ejemplo en una resistencia de 1 Ohm y un grado de modulacion de 50%, una curva caracteristica como en una resistencia de 2 Ohm y un grado de modulacion de 100%. En este caso, 100% de grado de modulacion significa que el interruptor se conecta de manera permanente.

Mediante la sincronizacion del interruptor de la unidad de frenado, resulta otra posibilidad de influencia, tambien en numeros elevados de revoluciones. Porque el valor de la resistencia de frenado determina la posicion del momento de frenado maximo, es asi posible un desplazamiento de este maximo a traves de un grado de modulacion de la unidad de frenado. De esta manera, dependiendo del grado de modulacion, se puede cambiar en el medio de una curva caracteristica, a una curva caracteristica reducida. Si se utiliza esta posibilidad de ajuste, la resistencia se puede dimensionar relativamente con bajas resistencias, de modo que el momento de frenado maximo se alcanza en una velocidad baja. Por encima de esta velocidad, se puede entonces elevar la resistencia de frenado efectiva, mediante la activacion de la unidad de frenado, de modo que el momento de frenado maximo este disponible hasta velocidades maximas.

En el caso de numeros de revoluciones muy reducidos, particularmente cerca del estado de reposo, ya no resulta sin embargo posible un freno electrico mediante el procedimiento presentado. Alli, el vehiculo debe ser llevado al estado de reposo mediante un simple freno de estacionamiento. La energia de frenado que debe ser transformada en calor para este ultimo resto de velocidad en el freno, es menor en factores a la energia total de un tren con velocidad maxima. Por ello, el freno mecanico restante puede ser disenado con apenas factor termico y por tanto muy economico.

La conmutacion entre las curvas caracteristicas de cortocircuito y de resistencia del momento de frenado puede ser realizado en una forma de configuracion ventajosa mediante un rele temporizador, para ajustar el promedio temporal de las curvas caracteristicas. Para el frenado del vehiculo seria suficiente una tasa de repeticion de aproximadamente 10Hz para que una oscilacion del momento de frenado del vehiculo no resulte perceptible. La ventaja se presenta en la ejecucion de regulada. Otra forma de ejecucion posible consiste en sincronizar la relacion de pulso/pausa en el numero de revoluciones de la maquina. El numero de revoluciones, o bien, la frecuencia de las magnitudes electricas se pueden obtener por ejemplo de las corrientes de motor medidas. De esta manera, el estado "cortocircuito" adopta un numero fijo por cada periodo de oscilacion fundamental. En un ajuste continuo de la relacion de pulso/pausa no se presentan fenomenos transitorios. Ademas, tampoco se requiere de una regulacion de la corriente. La relacion de pulso/pausa se puede predeterminar de forma fija. Solo la frecuencia se determina mediante la sincronizacion.

Como ya se describio anteriormente, tambien la sincronizacion del interruptor de la unidad de frenado, para ampliar la region de curva caracteristica del momento de frenado, se puede ajustar controladamente a partir de las variables de estado. Por ejemplo, el grado de modulacion puede variar independientemente del numero de revoluciones. Tampoco aqui resulta necesaria una regulacion.

En el funcionamiento de diodos, en la resistencia la corriente fluye al mismo tiempo no a traves de seis, sino de tres diodos libres. Segun el signo de la corriente, a traves de un diodo libre superior o de uno inferior. Aqui pueden presentarse los siguientes estados de conmutacion: O bien a traves de un diodo libre superior y dos inferiores, o a la inversa, a traves de dos diodos libres superiores y uno inferior. En total existen seis posibles combinaciones. Por esta razon, para la transicion al cortocircuito no resulta necesario conectar en el convertidor de corriente tres interruptores de semiconductores de potencia del convertidor de corriente. Es suficiente conectar un unico interruptor de semiconductores de potencia del convertidor de corriente, y en efecto, aquel que se encuentra en la misma mitad (superior o inferior) del convertidor de corriente como los diodos libres conductores. Esto se puede determinar mediante una logica sencilla a partir de los signos de las corrientes. Con este procedimiento, la frecuencia de conmutacion de los semiconductores de potencia se corresponde con la frecuencia base del motor, lo cual tambien minimiza las perdidas del convertidor de corriente.

El procedimiento descrito tambien es aplicable cuando en lugar de la unidad de frenado o complementariamente a la unidad de frenado se utiliza un dispositivo de resistencia externo.

Igualmente, es posible conectar en paralelo otro rectificador y otra resistencia, a los diodos libres del convertidor de corriente. La reduccion del momento de frenado a traves de cortocircuito por medio del convertidor de corriente funciona tal como se describio.

Se puede determinar con que potencia frena realmente el motor a partir de un simple calculo de tensiones y corrientes en el motor. De esta manera, para un incremento de la seguridad, se puede comprobar sencilla y efectivamente la eficacia del freno. Esto incrementa la seguridad del freno electrico y simplifica la homologacion de un procedimiento de este tipo para un vehiculo, particularmente un vehiculo ferroviario. De manera alternativa, el calculo del momento de frenado presente en la maquina sincronica puede llevarse a cabo mediante la medicion de tension y corriente en la resistencia. A partir de estas magnitudes se puede determinar si el vehiculo ferroviario efectivamente frena y si el momento de frenado se corresponde con el valor teorico. De esta manera, se puede realizar de manera sencilla y fiable un monitoreo del procedimiento para el control fiable del momento de frenado.

A continuacion, la presente invencion se explica en detalle mediante los ejemplos de ejecucion representados en las figuras. En ellos se muestra:

en la figura 1 y la figura 2, el desarrollo a modo de ejemplo del momento de frenado a traves de la velocidad, para dos valores diferentes de resistencia;

en la figura 3, el desarrollo a modo de ejemplo de dos momentos de frenado;

en la figura 4, un primer ejemplo de ejecucion de la invencion;

en la figura 5, un segundo ejemplo de ejecucion de la invencion; y

en la figura 6, otro ejemplo de ejecucion de con un convertidor de corriente autoconmutado como un dispositivo de conmutacion.

La figura 1 muestra el desarrollo del momento de frenado MBr a traves del numero de revoluciones, para el caso en el que las conexiones de fase 20 estan conectadas electricamente cada una con una resistencia 4 con un valor Ri.

En la figura 2 esta representado el desarrollo para una segunda resistencia 4 con un valor R²con R²< Ri. Se puede reconocer claramente que el maximo del momento de frenado MBr alcanzable para resistencias 4 inferiores aparece en velocidades inferiores. En un numero de revoluciones cero, independientemente del valor de resistencia, no se puede alcanzar un momento de frenado MBr en la maquina sincronica 2. Para poder conseguir tambien en un estado de reposo, un momento de frenado en el sistema de accionamiento, se debe proporcionar otro freno en el sistema de accionamiento 1, como por ejemplo un freno mecanico.

La figura 3 muestra por un lado el desarrollo del momento de frenado M^bm, en donde el mismo se genera porque las conexiones de fase 20 de la maquina sincronica 2 estan en cortocircuito; y por otro lado el desarrollo de un segundo momento de frenado MBr², en el cual las conexiones de fase 20 estan conectadas mediante al menos una resistencia 4. La region que se encuentra entre ambas curvas, puede ser utilizada a traves del procedimiento para un control fiable del momento de frenado MBr, para generar un momento de frenado MBr en la maquina sincronica 2. La region por encima del segundo momento de frenado, al menos la parte que se encuentra a la derecha del maximo del segundo momento de frenado MBr², puede entonces ser generada en la maquina sincronica 2 cuando el dispositivo de conmutacion 2 presenta un interruptor 3, el cual interrumpe temporalmente el flujo de corriente a traves de la resistencia 4. Con esta interrupcion, se puede incrementar la resistencia efectiva en las conexiones de fase 20, lo que conduce a un desplazamiento del maximo hacia numeros de rotacion mas elevados.

La figura 4 muestra un primer ejemplo de ejecucion de la invencion. El sistema de accionamiento 1 presenta aqui una maquina sincronica 2, particularmente una maquina sincronica 2 de excitacion permanente, y un dispositivo de conmutacion 3, los cuales estan conectados electricamente entre si mediante las conexiones de fase 20. El dispositivo de conmutacion 3 comprende un interruptor de dispositivo de conmutacion 31. El mismo, en una posicion superior representada del interruptor de dispositivo de conmutacion 31, cortocircuita las conexiones de fase 20; mientras que el interruptor de dispositivo de conmutacion 31, en una segunda posicion, o sea, en la posicion inferior del interruptor de dispositivo de conmutacion 31 representado, conecta entre si las conexiones de fase 20 de la maquina sincronica mediante una conexion en estrella de resistencias 4. La conexion en estrella se forma por una conexion entre los contactos de interruptor del interruptor de dispositivo de conmutacion 31 y un punto de estrella 30; en donde en esta conexion esta dispuesta respectivamente la resistencia 4. Se ha demostrado como ventajoso proporcionar los mismos valores de resistencia para las resistencias 4 representadas. De esta manera, el momento de frenado es constante a lo largo de una rotacion de motor. De esta manera se evitan los molestos tirones, por ejemplo en un vehiculo o en un vehiculo ferroviario.

El ejemplo de ejecucion de a figura 5 es comparable con el ejemplo de ejecucion de la figura 4, con un numero mas reducido de resistencias 4. Para evitar repeticiones, se remite a la descripcion de la figura 4, asf como a los sfmbolos de referencia introducidos allf. Tambien en el ejemplo de ejecucion de la figura 5 se consigue un momento de frenado homogeneo a traves de la rotacion total de la maquina sincronica 2 gracias a las condiciones simetricas logradas por la rectificacion en relacion a todas las conexiones de fase 20. La rectificacion de las corrientes de las conexiones de fase 20 se realiza mediante el medio 6 para la rectificacion. En este ejemplo de ejecucion esto se realiza a traves de un puente de diodos. Este puente de diodos tambien se denomina puente B6 no controlado o puente de diodos B6. El mismo no necesita de un control y puede integrarse de manera economica en el dispositivo de conmutacion 3.

La figura 6 muestra un ejemplo de ejecucion, en donde el dispositivo de conmutacion esta conformado por un convertidor de corriente 11 autoconmutado. Para evitar repeticiones, se remite a la descripcion de las figuras 1 a 5, asf como a los sfmbolos de referencia introducidos allf. El convertidor de corriente 11 presenta una unidad de frenado 7, un condensador de circuito intermedio 13 y semiconductores de potencia 13, 14. En el circuito intermedio se encuentra una unidad de frenado 7. La misma esta dispuesta en paralelo al condensador de circuito intermedio 13. La unidad de frenado presenta un circuito en serie de la resistencia 4 y un interruptor 5. Los semiconductores de potencia 13, 14 del convertidor de corriente, o sea el interruptor de semiconductor de potencia 14 y los diodos libres, asumen el rol del interruptor del dispositivo de conmutacion 31. Cuando no se activa ningun interruptor de semiconductor de potencia, las corrientes pueden fluir solo mediante los diodos libres 15 del convertidor de corriente 11. Esto sucede cuando la tension del circuito intermedio, o sea la tension en el condensador del circuito intermedio 13, es menor a la amplitud de la tension inducida por la maquina sincronica 2. Eventualmente, la tension del condensador de circuito intermedio 13 puede descender por la conexion del interruptor 5 tanto que los diodos libres 15 se vuelven conductores y una corriente fluye a traves de la resistencia 4.

En este ejemplo de ejecucion, el interruptor 5 puede estar realizado por ejemplo como un interruptor electronico de potencia, como en la representacion, o como un interruptor mecanico. En una conformacion como interruptor electronico de potencia, el mismo puede conmutar con una alta frecuencia. La conexion de un interruptor electronico de potencia se denomina tambien como sincronizacion. Cuando se pretende un diseno constructivo particularmente sencillo, se puede implementar como interruptor 5 un interruptor mecanico, como por ejemplo un contactor. Este interruptor 5 no requiere de un sistema electronico de control. Por este sencillo modo de activacion, el interruptor mecanico es especialmente apropiado para equipos relevantes para la seguridad como el freno fiable de un vehfculo.

En el primer estado del dispositivo de conmutacion 3, las conexiones de fase 20 de la maquina sincronica 2 se cortocircuitan. Esto sucede con la ayuda de los semiconductores de potencia 14, 15 del convertidor de corriente 11 autoconmutado. Para generar el cortocircuito, todas las conexiones de fase 20 se conectan bien con el potencial de circuito intermedio superior o con el inferior. Para ello, hay que conectar al menos un interruptor de semiconductor de potencia 14. En base a las direcciones de corriente de las corrientes i¹, i², i3 de las conexiones de fase 20, se decide si en el cortocircuito la correspondiente corriente de fase fluye a traves del interruptor de semiconductor de potencia 14 o de los diodos libres 15. Cuando solo hay que activar, o sea conectar, el interruptor de semiconductor de potencia, entonces resulta el cortocircuito de las conexiones de fase. Para evitar una logica de seleccion para la activacion del interruptor de semiconductor de potencia 15, para la generacion de un cortocircuito se pueden activar todos los interruptores de semiconductor de potencia 15 superiores o todos los interruptores de semiconductor de potencia 15 inferiores. Con interruptores de semiconductor de potencia 15 superiores se denomina a los interruptores de semiconductor de potencia 15 que estan conectados con el potencial positivo de circuito intermedio. Por interruptores de semiconductor de potencia 15 inferiores se entiende los interruptores de semiconductor de potencia 15 que estan conectados con el potencial negativo de circuito intermedio.

En el segundo estado del dispositivo de conmutacion 3, en el cual las conexiones de fase de la maquina sincronica estan conectadas con la resistencia 4, el interruptor 5 debe estar permanentemente conectado o sincronizado. Mediante la sincronizacion, o sea por la repetida conexion y desconexion del interruptor 5, se incrementa la resistencia 4 efectiva para el momento de frenado de la maquina sincronica 2. De esta manera, incrementa el rango del momento de frenado que se puede alcanzar en la maquina sincronica 2, como se describio en relacion a la figura 3. Ya que en paralelo a la unidad de frenado 7 esta dispuesto el condensador de circuito intermedio 13, el interruptor 5 puede abrirse de manera sencilla, incluso cuando las corrientes son empujadas por las inductividades de la maquina sincronica 2, porque al desconectar el interruptor 5 resulta un trayecto de corriente a traves del condensador de circuito intermedio 13 para dichas corrientes. Los interruptores de semiconductores de potencia 14 del convertidor de corriente 11 autoconmutado no se controlan en el segundo estado del dispositivo de conmutacion 3, o sea que dichos interruptores de semiconductores de potencia 14 estan desconectados.

Aunque la invencion ha sido descrita e ilustrada en detalle a traves de ejemplos de ejecucion preferidos, dicha invencion no esta restringida a los ejemplos revelados, y otras variaciones pueden ser derivadas de aquf por el especialista sin abandonar el alcance de la presente invencion.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para el control fiable del momento de frenado de un sistema de accionamiento (1), en donde el sistema de accionamiento (1) presenta una maquina sincronica (2) y un dispositivo de conmutacion (3); en donde la maquina sincronica (2) presenta conexiones de fase (20); en donde el dispositivo de conmutacion (3), en un primer estado, conecta las conexiones de fase (20) entre si de tal modo que en la maquina sincronica (2) se genera un primer momento de frenado (M^bm), y en un segundo estado, conecta las conexiones de fase (20) entre si de modo tal que en la maquina sincronica (2) se genera un segundo momento de frenado (MBr²); en donde el dispositivo de conmutacion (3) conmuta entre los estados de modo que en la media temporal, en la maquina sincronica resulta un momento de frenado (M*) predeterminable; en donde para generar el primer momento de frenado (M^bm) se cortocircuitan las conexiones de fase (20) de la maquina sincronica (2); en donde para generar el segundo momento de frenado (MBr²) las conexiones de fase (20) de la maquina sincronica (2) se conectan con al menos una resistencia (4); caracterizado porque la conmutacion tiene lugar periodicamente; en donde la conmutacion entre los estados del dispositivo de conmutacion (3) tiene lugar con una frecuencia de conmutacion de 10 Hz o mayor; en donde el procedimiento se utiliza para frenar un vehiculo, particularmente un vehiculo ferroviario; en donde la conmutacion entre los estados del dispositivo de conmutacion (3) se controla mediante un rele temporizador; en donde la conmutacion se realiza de manera no regulada por el rele temporizador.

2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en donde el estado "cortocircuito" adopta un numero fijo de periodos de oscilacion fundamental.

3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, en donde para incrementar la seguridad, se controla la eficacia del freno a partir de tensiones y corrientes en las conexiones de fases (20) de la maquina sincronica (2), para considerar si se alcanza el momento de frenado predeterminado en la maquina sincronica (2).

4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el sistema de accionamiento (1) presenta un freno mecanico; en donde ante el descenso por debajo de un numero definido de revoluciones, o de una velocidad definida del vehiculo, se activa un freno mecanico.

5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde para generar el segundo momento de frenado (MBr²), se rectifican corrientes (h, i², i3) de las conexiones de fase (20) de la maquina sincronica (2), y despues de la rectificacion se suministran al menos a una resistencia (4).

6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde una corriente (iR) se interrumpe por la al menos una resistencia (4) mediante un interruptor (5) de modo tal que el valor de resistencia efectiva para generar el segundo momento de frenado (MBr ²) se modifica, de modo que el segundo momento de frenado (MBr ²) se modifica.

7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el dispositivo de conmutacion (3) esta conformado por un convertidor de corriente (11) autoconmutado; en donde el convertidor de corriente (11) autoconmutado, del lado de la corriente continua electricamente en paralelo con respecto a un condensador de circuito intermedio (13), presenta una conexion en serie de la resistencia (4) y del interruptor (5); en donde, en el primer estado del convertidor de corriente (11) autoconmutado, al menos un interruptor de semiconductor de potencia (14) del convertidor de corriente (11) autoconmutado se controlan de modo que las conexiones de fase (20) se cortocircuitan y en el segundo estado del convertidor de corriente (11) autoconmutado no se controlan, de modo que las conexiones de fase (20) estan conectadas mediante diodos libres (15) con la resistencia (4).

8. Sistema de accionamiento (1) para implementar el procedimiento para el control fiable del momento de frenado segun una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el sistema de accionamiento (1) presenta una maquina sincronica (2) y un dispositivo de conmutacion (3); en donde la maquina sincronica (2) presenta conexiones de fase (20); en donde el dispositivo de conmutacion (3) esta conectado electricamente con las conexiones de fase (20); en donde el dispositivo de conmutacion (3) presenta un primer y un segundo estado; en donde en un primer estado del dispositivo de conmutacion (3), las conexiones de fase (20) estan en cortocircuito; en donde en un segundo estado del dispositivo de conmutacion (3), las conexiones de fase (20) de la maquina sincronica (2) estan conectadas con al menos una resistencia (4); caracterizado porque el sistema de accionamiento presenta un rele temporizador, con el cual la conmutacion entre los estados del dispositivo de conmutacion (3) es periodicamente controlable y con una frecuencia de conmutacion de 10 Hz o mayor, en donde la conmutacion se realiza de manera no regulada por el rele temporizador.

9. Sistema de accionamiento (1) segun la reivindicacion 8, en donde en el primer estado del dispositivo de conmutacion (3), las conexiones de fase (20) de la maquina sincronica (2) estan conectadas respectivamente por medio de una resistencia (4) con un punto de estrella (30).

10. Sistema de accionamiento (1) segun la reivindicacion 8, en donde el dispositivo de conmutacion 3 esta conformado por un convertidor de corriente (11) autoconmutado; en donde el convertidor de corriente (11) autoconmutado esta conectado con las conexiones de fase (20) de la maquina sincronica (2); en donde el convertidor de corriente (11) autoconmutado presenta un circuito intermedio del lado de la tension continua; en donde la resistencia (4) esta dispuesta con un interruptor (5) en un circuito en serie; en donde el circuito en serie esta dispuesto electricamente en paralelo con respecto al circuito intermedio del convertidor de corriente (11) autoconmutado.

11. Vehiculo, particularmente un vehiculo ferroviario con un sistema de accionamiento (1) segun una de las reivindicaciones 8 a 10.