ES2816386T3

ES2816386T3 - Aparato de conversión de energía

Info

Publication number: ES2816386T3
Application number: ES11856054T
Authority: ES
Inventors: Takurou Ogawa; Morimitsu Sekimoto
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2021-04-05
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: RU2013138458A; CN103299539A; KR101528691B1; BR112013017904B1; BR112013017904A2; EP2667501A1; KR20130103808A; CN103299539B; EP2667501B1; JP2012165631A; WO2012098628A1; EP2667501A4; RU2543503C1; JP5126409B2

Abstract

Un aparato de conversión de energía, que comprende: una sección de conversión (20) que incluye una pluralidad de dispositivos de conmutación (Sr, Ss, St, Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) y configurada para convertir, mediante la conmutación de los dispositivos de conmutación (Sr, Ss, St, Su , Sv, Sw, Sx, Sy, Sz), energía procedente de una fuente de energía de CA (6) en energía de CA con una frecuencia predeterminada para proporcionar como salida la energía de CA a un motor (5); y caracterizado por un controlador (40) configurado para controlar la conmutación para permitir que el par de salida del motor (5) contenga un componente pulsante del suministro de energía que es un componente pulsante con una frecuencia que es un número entero de veces la frecuencia de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) y permitir que el par de salida del motor (5) varíe en asociación con la variación del par de carga del motor (5), y configurado para obtener un valor de la corriente de pico de una corriente de fase que fluye a través del motor (5) cuando la temporización de un pico del componente pulsante del suministro de energía y la temporización de un pico de un componente pulsante del par de carga coinciden o coinciden sustancialmente entre sí y para reducir un rango de variación del par de salida de tal manera que el valor de la corriente de pico no exceda un límite superior predeterminado; y en el cual el controlador (40) incluye un dispositivo de retención de picos (55) configurado para retener el valor de la corriente de pico en un período de determinación predeterminado; y un regulador de la cantidad de control de par (54) configurado para reducir el rango de variación del par de salida del motor (5) cuando el valor de corriente de pico retenido por el dispositivo de retención de picos (55) excede el límite superior predeterminado.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de conversión de energía

Campo técnico

La presente divulgación está relacionada con un aparato de conversión de energía configurado para controlar un motor.

Antecedentes de la técnica

Convencionalmente, los aparatos de conversión de energía configurados para controlar, p. ej., motores de compresores han sido ampliamente conocidos.

Por ejemplo, el Documento de Patente 1 describe un aparato de conversión de energía configurado para hacer variar el par de salida de un motor en función de la pulsación del par de carga de un compresor para cada rotación del mismo. Es decir, haciendo referencia a, p. ej., la Figura 18, en un compresor de un único cilindro, el par de compresión varía en función del ángulo de rotación de un pistón para cada rotación del mismo y, por lo tanto, el par de carga del motor pulsa en asociación con la variación del par de compresión. De esta manera, en el aparato de conversión de energía descrito en el Documento de Patente 1, el par de salida del motor varía en sincronización con la pulsación del par de carga. Esto reduce la vibración durante el funcionamiento del compresor.

El Documento de Patente 2 describe un aparato de conversión de energía en el que la capacitancia de un condensador configurado para suavizar la tensión de salida es extremadamente baja. Específicamente, el aparato de conversión de energía incluye un circuito convertidor, un enlace de CC conectado en paralelo con el circuito convertidor, y un circuito inversor que incluye una pluralidad de dispositivos de conmutación. En el circuito convertidor, se realiza una rectificación de tensión de onda completa de una fuente de energía de CA para proporcionar como salida la tensión rectificada al enlace de CC. Un condensador que tiene una capacitancia electrostática extremadamente baja está conectado al enlace de CC. Específicamente, un condensador de este tipo sólo tiene aproximadamente una centésima parte de la capacitancia de un condensador de suavizado típico. De esta manera, el enlace de CC proporciona como salida la tensión rectificada como tensión de CC que pulsa sin ser suavizada. El circuito inversor convierte dicha tensión de CC en energía de CA, y suministra esta energía a un motor para impulsar el motor. En el aparato de conversión de energía descrito en el Documento de Patente 2, el condensador que tiene una capacitancia baja como se ha descrito anteriormente reduce el tamaño del aparato de conversión de energía y el coste del aparato de conversión de energía.

Además, el Documento de Patente 3 describe que el control de par anterior se realiza para un aparato de conversión de energía con un condensador que tiene baja capacitancia como se describe en el Documento de Patente 2. Es decir, si un condensador conectado a un enlace de CC tiene baja capacitancia electrostática, la tensión de salida enviada al circuito inversor contiene un componente pulsante. Por lo tanto, en el Documento de Patente 3, el par de salida varía, en función del par de carga de un motor, para contener un componente pulsante del par de carga del motor y un componente pulsante de la tensión de salida de una fuente de energía. De esta manera, se reduce la vibración de un compresor.

Asimismo, el Documento de Patente 4 describe un controlador de motor, un compresor, un aparato de aire acondicionado y un frigorífico. El controlador de motor comprende un circuito inversor que impulsa un motor sin escobillas, y una unidad de control que controla la fase de la corriente del motor del motor sin escobillas a través del circuito inversor y, de este modo, controla la velocidad de rotación del motor sin escobillas.

Asimismo, el Documento de Patente 5 describe una unidad de accionamiento de motor y un método de accionamiento de motor. En un accionamiento de motor, se comparan un valor previsto de la tensión terminal del motor y una tensión de CC intermedia, cuando Va>Vdc, se selecciona un valor incrementado mínimamente con respecto al valor establecido de una corriente del eje d en el ciclo de suministro anterior y se utiliza en el valor establecido del eje d, en donde cuando Va<Vdc, se selecciona el valor establecido de la corriente del eje d que es proporcional al cuadrado de la tensión de CC intermedia Vdc y se utiliza en el valor establecido de la corriente del eje d. De este modo, un patrón de corriente o un patrón de par del eje q se vuelve proporcional al cuadrado de la tensión de CC intermedia de modo que el freno no opera ni siquiera cuando la capacidad del condensador de suavizado es pequeña y la tensión disminuye sustancialmente.

Lista de referencias

Documento de patente

DOCUMENTO DE PATENTE 1: Publicación de Patente Japonesa N° 2005-046000

DOCUMENTO DE PATENTE 2: Publicación de Patente Japonesa N° 2002-051589

DOCUMENTO DE PATENTE 3: Patente Japonesa N° 4192979

DOCUMENTO DE PATENTE 4: JP 2004343993 A

DOCUMENTO DE PATENTE 5: JP 2003 164179 A

Compendio de la invención

Problema técnico

En el control de par descrito en el Documento de Patente 3, un valor de corriente para el motor aumenta al aumentar el par de salida en el instante en el que el pico del componente pulsante del par de carga del motor y el pico de un componente pulsante de la tensión del enlace de CC sincronizado con la tensión del suministro de energía coinciden entre sí. Como resultado, se produce la avería de un dispositivo de conmutación y la desmagnetización de un imán del motor en asociación con el aumento del valor de corriente para el motor. Por ejemplo, el Documento de Patente 3 describe, como contramedida contra los fallos de funcionamiento anteriores, el control mediante el cual se detecta el valor de corriente para el motor y se reduce el par de salida cuando dicho valor de corriente supera un límite superior predeterminado.

Sin embargo, dado que el componente pulsante de la tensión del enlace de CC y el componente pulsante del par de carga pulsan con diferentes frecuencias, las temporizaciones de los picos de ambos componentes no siempre coinciden entre sí. Por esta razón, incluso si se detecta corriente del motor en un instante en el que los picos están desfasados entre sí, se obtiene un valor de corriente relativamente bajo y, por lo tanto, no se puede detectar la corriente de pico deseada. Como resultado, no se puede limitar con exactitud el rango de variación del par de salida del motor y, por lo tanto, se pueden producir los fallos de funcionamiento anteriores.

La presente divulgación se ha hecho en vista de lo anterior, y es un objetivo de la presente divulgación proponer un aparato de conversión de energía capaz de garantizar la detección de un aumento de la corriente del motor durante un control de par.

Solución al problema

La invención está concebida para un aparato de conversión de energía que incluye una sección de conversión (20) que incluye una pluralidad de dispositivos de conmutación (Sr, Ss, St, Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) y configurado para convertir, mediante la conmutación de los dispositivos de conmutación (Sr, Ss, St, Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz), energía procedente de una fuente de energía de CA (6) en energía de CA con una frecuencia predeterminada para proporcionar como salida la energía de CA a un motor (5); y un controlador (40) configurado para controlar la conmutación para permitir un control de par tal que el par de salida del motor (5) contenga un componente pulsante del suministro de energía que es un componente pulsante con una frecuencia que es un número entero de veces la frecuencia de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) y permitir que el par de salida del motor (5) varíe en asociación con la variación del par de carga del motor (5), y configurado para obtener un valor de corriente de pico de una corriente de fase del motor cuando la temporización de un pico del componente pulsante del suministro de energía y la temporización de un pico de un componente pulsante del par de carga coinciden o coinciden sustancialmente entre sí y para reducir un rango de variación del par de salida de tal manera que el valor de corriente de pico no exceda un límite superior predeterminado.

Obsérvese que la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) descrita en este documento también significa, p. ej., la tensión de salida (es decir, la tensión de salida que contiene un componente pulsante sincronizado con la fuente de energía de CA (6)) de un enlace de CC en el caso en que el aparato de conversión de energía incluye el enlace de CC.

De acuerdo con la invención, el controlador (40) hace pulsar el par de salida del motor (5) de tal manera que el par de salida del motor (5) contenga el componente pulsante de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6). Además, el controlador (40) realiza el control de par mediante el cual el par de salida del motor (5) varía en función de la variación del par de carga del motor (5).

De acuerdo con la invención, el controlador (40) incluye un dispositivo de retención de picos (55) configurado para retener el valor de la corriente de pico en un período de determinación predeterminado, y un regulador de la cantidad de control de par (54) configurado para reducir el rango de variación del par de salida del motor (5) cuando el valor de la corriente de pico retenido por el dispositivo de retención de picos (55) excede el límite superior predeterminado.

En el control de par, dado que el dispositivo de retención de picos (55) retiene el valor máximo para la corriente del motor (5) como la corriente de pico, se puede garantizar que se deriva la corriente de pico del motor (5). Este punto se describirá en detalle.

Como se ha descrito anteriormente, la corriente del motor (5) es máxima cuando la temporización del pico del par de carga del motor (5) y la temporización del pico de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) coinciden entre sí. Sin embargo, el ciclo de pulsación del par de carga del motor (5) y el ciclo de pulsación de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) no son siempre iguales. De esta manera, incluso si se detecta corriente del motor (5) en el instante en el que los picos no coinciden entre sí, dicho valor de corriente es relativamente pequeño. Es decir, siempre que se detecte corriente del motor (5) en el instante en el que los picos coinciden entre sí, no se puede garantizar que se derive la corriente de pico del motor (5) generada en el control de par.

Por la razón anterior, en la presente divulgación, el dispositivo de retención de picos (55) retiene el valor máximo de corriente del motor (5) para cada período de determinación predeterminado. De esta manera, la corriente de pico se puede derivar en el instante en el que el pico del par de carga del motor (5) y el pico de la tensión de salida de la fuente de energía coinciden sustancialmente entre sí. Cuando la corriente de pico derivada como se ha descrito anteriormente excede el límite superior predeterminado, el regulador de la cantidad de control de par (54) realiza el control para reducir el rango de variación del par de salida del motor (5).

Una primera realización preferida está concebida para el aparato de conversión de energía del segundo aspecto de la invención, en la que el controlador (40) incluye además un regulador de referencia de velocidad (72) configurado para ajustar una frecuencia de funcionamiento (fc) del motor (5) de tal manera que la temporización del pico del componente pulsante del par de carga y la temporización del pico del componente pulsante del suministro de energía coinciden o coinciden sustancialmente entre sí durante el período de determinación del dispositivo de retención de picos (55).

En la primera realización preferida, el regulador de referencia de velocidad (72) permite, en el período de determinación para la retención de picos, que la temporización del pico del par de carga del motor (5) y la temporización del pico de la tensión de salida de un enlace de CC (15) coincidan o coincidan sustancialmente entre sí. Como resultado, se puede garantizar que la corriente de pico del motor (5) se derive en el período de determinación.

Una segunda realización preferida está concebida para el aparato de conversión de energía del segundo aspecto de la invención, en la que el controlador (40) incluye además un derivador de ciclo (71) configurado para derivar, en base a la frecuencia de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) y la frecuencia de funcionamiento del motor (5), un ciclo con una temporización en la que un pico del par de carga del motor (5) y un pico de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) coinciden o coinciden sustancialmente entre sí, y el regulador de referencia de velocidad (72) ajusta la frecuencia de funcionamiento del motor (5) de tal manera que el ciclo derivado por el derivador de ciclo (71) sea igual o más corto que el período de determinación del dispositivo de retención de picos (55).

En la segunda realización preferida, el derivador de ciclo (71) deriva, en base a la frecuencia de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) y la frecuencia de funcionamiento del motor (5), el ciclo en el que la temporización del pico de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) y la temporización del pico del par de carga del motor (5) coinciden o coinciden sustancialmente entre sí. El regulador de referencia de velocidad (72) ajusta la frecuencia de funcionamiento del motor (5) de tal manera que el ciclo derivado como se ha descrito anteriormente sea igual o menor que el período de determinación del dispositivo de retención de picos (55). Como resultado, en el período de determinación, la corriente de pico se puede derivar en el estado en el que la temporización del pico de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) y la temporización del pico del par de carga del motor (5) coinciden entre sí.

Una tercera realización preferida está concebida para el aparato de conversión de energía del primer aspecto de la invención, en la que el controlador (40) estima el valor de la corriente de pico y reduce el rango de variación del par de salida del motor (5) de tal manera que el valor estimado de la corriente de pico no exceda el límite superior predeterminado.

De acuerdo con esta configuración, se realiza una estimación para obtener el valor de la corriente de pico.

Una cuarta realización preferida está concebida para el aparato de conversión de energía de cualquiera de los aspectos primero a quinto de la invención, que incluye además un circuito convertidor (11) configurado para rectificar la tensión procedente de la fuente de energía de CA (6); un enlace de CC (15) que incluye un condensador (16) conectado en paralelo con una salida del circuito convertidor (11); y un circuito inversor (20) que actúa como la sección de conversión y configurado para convertir la tensión proporcionada como salida por el enlace de CC (15) en tensión de CA para proporcionar como salida la tensión de CA al motor (5). Un valor de capacitancia del condensador (16) se establece en un valor tal que la tensión introducida en el circuito inversor (20) tenga una gran pulsación para que tenga un valor máximo dos o más veces mayor que su valor mínimo.

En el aparato de conversión de energía de la cuarta realización preferida, el condensador (16) tiene una capacitancia electrostática extremadamente baja, y la tensión introducida en el circuito inversor (20) tiene una gran pulsación.

Ventajas de la invención

De acuerdo con la invención, cuando la corriente de pico del motor (5) excede el valor predeterminado, el par de salida del motor (5) se reduce. De esta manera, se pueden evitar de antemano daños de los dispositivos de conmutación, etc. debido a un valor de corriente extremadamente alto para el motor (5).

De acuerdo con la invención, dado que se realiza la retención de pico para retener el valor de corriente para el motor (5) en el período de determinación predeterminado, la corriente de pico se puede derivar en el instante en el que la temporización del pico del par de carga y la temporización del pico de la tensión del suministro de energía coinciden o coinciden sustancialmente entre sí. De esta manera, se puede garantizar que se detecta un aumento del valor de corriente para el motor (5), y que los dispositivos de conmutación, etc. están protegidos.

Particularmente en la primera y segunda realizaciones preferidas, la frecuencia de funcionamiento del motor (5) se ajusta de tal manera que la temporización del pico del par de carga y la temporización del pico de la tensión del enlace de CC coincidan o coincidan sustancialmente entre sí en el período de determinación. Típicamente la frecuencia de funcionamiento se determina en base a la frecuencia del suministro de energía. Así, p. ej., en el caso en que la frecuencia de la fuente de energía de CA (6) varía con referencia a una frecuencia deseada (p. ej., 50 Hz ó 60 Hz), se puede generar un latido con un ciclo deseado. Además, p. ej., en el caso en que el reloj de un microordenador varía, se puede generar un latido con un ciclo deseado. Como resultado, se puede garantizar que la corriente de pico, en el período de determinación, se deriva en el instante en el que el pico del par de carga y el pico de la tensión del enlace de CC coinciden o coinciden sustancialmente entre sí.

En la tercera realización preferida, la corriente de pico se puede obtener fácilmente.

En la cuarta realización preferida en un aparato de conversión de energía denominado "sin condensadores" en el que un condensador tiene una capacitancia electrostática extremadamente baja, se puede garantizar que se detecta un aumento del valor de corriente para el motor (5) y que los dispositivos de conmutación, etc. están protegidos.

Breve descripción de los dibujos

[FIG. 1] La Figura 1 es un diagrama de circuito esquemático de un aparato de conversión de energía de una realización.

[FIG. 2] La Figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra un controlador del aparato de conversión de energía en detalle.

[FIG. 3] La Figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra en detalle un controlador de par del aparato de conversión de energía.

[FIG. 4] La Figura 4 es un gráfico que ilustra, en un control de par (cantidad de control de par = 100%), una forma de onda del par de carga de un motor, una forma de onda de la tensión del enlace de CC y una forma de onda del par de salida del motor.

[FIG. 5] La Figura 5 es un gráfico que ilustra, en el control de par (cantidad de control de par = 150%), una forma de onda del par de carga del motor, una forma de onda de la tensión del enlace de CC, y una forma de onda del par de salida del motor en el estado en el que el par negativo no está limitado por un limitador.

[FIG. 6] La Figura 6 es un gráfico que ilustra, en el control de par (cantidad de control de par = 150%), una forma de onda del par de carga del motor, una forma de onda de la tensión del enlace de CC, y una forma de onda del par de salida del motor en el estado en el que el par negativo está limitado por un limitador.

[FIG. 7] La Figura 7 es un gráfico que ilustra, en un control de par, una forma de onda del par de carga del motor, una forma de onda de la tensión del enlace de CC, y una forma de onda del par de salida del motor en el estado en el que el pico del par de carga y los picos de la tensión del enlace de CC coinciden entre sí.

[FIG. 8] La Figura 8 es un gráfico que ilustra una operación de retención de picos en el control de par.

[FIG. 9] La Figura 9 es un gráfico que ilustra el estado en el que el pico del par de carga del motor y el pico de la tensión del enlace de CC se desfasan gradualmente el uno con respecto al otro.

[FIG. 10] La Figura 10 es un diagrama de bloques de un controlador de referencia de velocidad.

[FIG. 11] La Figura 11 es un gráfico que ilustra un ciclo de aparición de latidos y un período de determinación para la operación de retención de picos en el estado en el que no se genera un latido en cada período de determinación. [FIG. 12] La Figura 12 es un diagrama de flujo que ilustra un control realizado por el controlador de referencia de velocidad.

[FIG. 13] La Figura 13 es un gráfico que ilustra el ciclo de aparición de latidos y el período de determinación para la operación de retención de picos en el estado en el que se genera un latido en cada período de determinación.

[FIG. 14] La Figura 14 es un gráfico que ilustra, a modo de ejemplo, un aumento de la tensión del enlace de CC en asociación con resonancia entre un inductor y un condensador.

[FIG. 15] La Figura 15 es un diagrama de circuito esquemático de un aparato de conversión de energía de una primera variación.

[FIG. 16] La Figura 16 es un diagrama de circuito de un aparato de conversión de energía de una segunda variación.

[FIG. 17] La Figura 17 es un diagrama de circuito de un aparato de conversión de energía de una tercera variación.

[FIG. 18] La Figura 18 es un gráfico que ilustra un ejemplo de variación del par de compresión.

[FIG. 19] La Figura 19 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de un controlador de un ejemplo que no forma parte de la invención.

Descripción de realizaciones

Las realizaciones de la presente divulgación se describirán en detalle a continuación con referencia a dibujos. Obsérvese que las realizaciones descritas a continuación se describirán simplemente con el propósito de ejemplos preferidos por sí mismos, y no están concebidas para limitar el alcance, las aplicaciones y el uso de la invención.

«Prim era realización de la invención»

Un aparato de conversión de energía (10) de la presente divulgación está conectado, p. ej., a un motor de CA trifásico (5) de un compresor conectado a un circuito de refrigerante de un aparato de aire acondicionado. El compresor es, p. ej., un compresor rotativo que incluye un único cilindro. Es decir, en dicho compresor, el par de compresión (es decir, el par de carga del motor (5)) pulsa durante una rotación de un eje motriz. El motor (5) es, p. ej., un motor de CC sin escobillas de tipo de bobinado concentrado de 4 polos y 6 ranuras. Como se describirá más adelante, el aparato de conversión de energía (10) está configurado para realizar un control de par para controlar el par generado en el motor (5) para reducir la vibración del motor (5).

<Configuración completa del aparato de conversión de energía>

Haciendo referencia a la Figura 1, el aparato de conversión de energía (10) incluye un circuito convertidor (11), un enlace de CC (15), un circuito inversor (20) y un controlador (40). El aparato de conversión de energía (10) convierte energía de CA suministrada desde una fuente de energía de CA (6) monofásica en energía con una frecuencia predeterminada, y a continuación suministra dicha energía al motor (5).

El circuito convertidor (11) está conectado a la fuente de energía de CA (6). El circuito convertidor (11) es un así llamado "circuito de puente de diodos", en el que una pluralidad de diodos (D1-D4) (cuatro diodos en la presente realización) están conectados entre sí en una configuración de puente. El circuito convertidor (11) es un circuito de rectificación de onda completa configurado para realizar rectificación de onda completa de la CA proporcionada como salida por la fuente de energía de CA (6) para convertirla en CC.

El enlace de CC (15) está conectado en paralelo con un lado de salida del circuito convertidor (11). Un inductor (12) está conectado entre el circuito convertidor (11) y el enlace de CC (15). El enlace de CC (15) incluye un condensador (16). La tensión de CC (tensión del enlace de CC Vdc) generada en ambos extremos del condensador (16) se aplica a los nodos de entrada del circuito inversor (20).

El condensador (16) es, p. ej., un condensador de película. El condensador (16) se configura para que tenga una capacitancia electrostática relativamente baja (p. ej., de decenas de pF). Específicamente, el condensador (16) tiene tal capacitancia electrostática que, cuando se operan los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) del circuito inversor (20), la tensión de rizado (variación de tensión) generada en asociación con la operación de los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) se puede suavizar. Además, el condensador (16) tiene una capacitancia electrostática tal que la tensión (variación de tensión debida a la tensión del suministro de energía) rectificada por el circuito convertidor (11) no se puede suavizar. De esta manera, el enlace de CC (15) recibe la salida del circuito convertidor (11), y la tensión del enlace de CC Vdc que pulsa con una frecuencia dos veces mayor que la tensión del suministro de energía Vin de la fuente de energía de CA (6) es proporcionada como salida a través de los dos extremos del condensador (16). La tensión del enlace de CC Vdc proporcionada como salida por el enlace de CC (15) tiene una pulsación tan grande que el valor máximo para la misma es igual o mayor que el doble del valor mínimo para la misma.

El circuito inversor (20) actúa como una sección de conversión. El nodo de entrada del circuito inversor (20) está conectado en paralelo con el condensador (16) del enlace de CC (15). El circuito inversor (20) convierte la salida del enlace de CC (15) en CA trifásica mediante conmutación, y suministra dicha CA al motor (5) conectado a él. El circuito inversor (20) de la presente realización está conformado de tal manera que la pluralidad de dispositivos de conmutación están conectados entre sí en una configuración de puente. Dado que el circuito inversor (20) proporciona como salida CA trifásica al motor (5), el circuito inversor (20) incluye los seis dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). Específicamente, el circuito inversor (20) incluye tres patas de conmutación, en cada una de las cuales dos de los dispositivos de conmutación están conectados entre sí en serie. Cada una de las patas de conmutación está conectada a una bobina de fase (no mostrada en la figura) del motor (5) en un punto intermedio entre el dispositivo de conmutación del brazo superior (Su, Sv, Sw) y el dispositivo de conmutación del brazo inferior (Sx, Sy, Sz). Cada uno de los diodos de rueda libre (Du, Dv, Dw, Dx, Dy, Dz) están conectados en paralelo inverso con uno correspondiente de los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). El circuito inversor (20) conmuta los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) entre ENCENDIDO y APAGADO para convertir la tensión del enlace de CC (Vdc) introducida desde del enlace de CC (15) en tensión de CA trifásica, y a continuación suministra dicha tensión al motor (5).

El aparato de conversión de energía (10) incluye diferentes detectores. Específicamente, el aparato de conversión de energía (10) incluye un detector de tensión del suministro de energía (25) configurado para detectar la tensión del suministro de energía (Vin) de la fuente de energía de CA (6), un detector de fase del suministro de energía (26) configurado para detectar la fase del suministro de energía (0in) de la tensión del suministro de energía de la fuente de energía de CA (6), y un detector de frecuencia del suministro de energía (27) configurado para detectar la frecuencia (fin) de la tensión del suministro de energía de la fuente de energía de CA (6). Es más, el aparato de conversión de energía (10) incluye además un detector de corriente de entrada (28) configurado para detectar la corriente de entrada (Iin) del circuito convertidor (11), y un detector de tensión del enlace de CC (29) configurado para detectar la tensión del enlace de CC (Vdc) del enlace de CC (15). Además, el aparato de conversión de energía (10) incluye además un detector de corriente del motor (30) configurado para detectar la corriente (Idq) que fluye a través del motor (5) (específicamente, la corriente que fluye a través de cada fase del motor (5)), un detector de fase del motor (31) configurado para detectar la fase (0m) del motor (5), y un detector de velocidad de rotación del motor (32) configurado para detectar la velocidad de rotación real (wm) del motor (5).

El controlador (40) proporciona como salida al circuito inversor (20) una señal de puerta (G) para controlar la conmutación (ENCENDIDO/APAGADO) del circuito inversor (20). El controlador (40) de la presente realización está configurado para realizar el control de par mediante el cual un componente pulsante de la tensión del suministro de energía se combina con el par de salida del motor (5) y el par de salida del motor (5) varía en función de la variación del par de carga del motor (5).

<Configuración detallada del controlador>

Haciendo referencia a la Figura 2, el controlador (40) incluye un controlador de velocidad (41), un controlador de par (50), un superponedor de control de par (42), un modulador de referencia de par (43), un sumador de componentes de doble frecuencia (44), un generador de referencia de corriente de entrada (45), un amplificador (46), un limitador (60), un controlador de corriente (47) y un operador PWM (48).

En un restador (34), se obtiene una desviación restando una velocidad de rotación real (wm) del motor (5) a una referencia de velocidad (w*) de la velocidad de rotación del motor. A continuación, dicha desviación se introduce en el controlador de velocidad (41). El controlador de velocidad (41) realiza un cálculo proporcional-integral (cálculo IP) de la desviación entre la velocidad de rotación real (wm) y la referencia de velocidad (w*), calculando de este modo una media (par medio) del par de carga del motor (5). El par medio es un valor medio del par de carga que pulsa con un ciclo predeterminado. El controlador de velocidad (41) proporciona como salida, como valor de referencia (valor de referencia de par medio (Tave*)), el par medio al superponedor de control de par (42).

En el superponedor de control de par (42), el valor de referencia de par medio (Tave*) se multiplica por un valor de referencia proporcionado como salida por el controlador de par (50) que se describirá en detalle más adelante. De esta manera, en el superponedor de control de par (42), se genera un valor de referencia de par (T*) combinado con un componente pulsante del par de carga del motor (5). El valor de referencia generado en el superponedor de control de par (42) se introduce en el modulador de referencia de par (43).

El modulador de referencia de par (43) genera un valor sinusoidal sin0in a partir del ángulo de fase (fase del suministro de energía (0in)) de la fuente de energía de CA (6) introducida en el mismo. A continuación, el modulador de referencia de par (43) multiplica el valor de referencia de par (T*) por un coeficiente de modulación r correspondiente al valor sinusoidal sin0in, y a continuación proporciona como salida el valor obtenido al sumador de componentes de doble frecuencia (44). El sumador de componentes de doble frecuencia (44) suma un componente de frecuencia dos veces mayor que la frecuencia del suministro de energía al valor de salida del modulador de referencia de par (43) de tal manera que la energía de salida del motor (5) forma un patrón sinusoidal. El coeficiente de modulación r es, p. ej., | sin(0in) | o sin2(0in). Obsérvese que el coeficiente de modulación r puede variar en función de la frecuencia del suministro de energía (50 Hz o 60 Hz) para aproximar la energía de salida del motor (5) a la onda sinusoidal. De forma alternativa, el coeficiente de modulación r se puede determinar en función de un valor sinusoidal sin(0in A) obtenido desplazando la fase (0in) en una cantidad predeterminada A de tal manera que la energía de salida del motor (5) forme el patrón sinusoidal. Esto proporciona ventajas sustancialmente similares a las del caso en que se suma el componente de frecuencia dos veces mayor que la frecuencia del suministro de energía.

Mientras tanto, el generador de referencia de corriente de entrada (45) realiza la transformada de Fourier de la corriente de entrada (Iin) para extraer un componente de frecuencia fundamental, y multiplica el componente de frecuencia fundamental por sin(0in) para generar un valor de referencia (Iin*) para la corriente de entrada. Después de restar un valor absoluto (| Iin |) para la corriente de entrada al valor de referencia (Iin*) en un restador (35), el valor obtenido se proporciona como salida al amplificador (46). En el amplificador (46), el valor de salida obtenido mediante la resta se multiplica por una ganancia predeterminada.

El valor de salida procedente del sumador de componentes de doble frecuencia (44) y el valor de salida procedente del amplificador (46) se suman el uno al otro en un sumador (36). Después de que el valor de referencia obtenido mediante la suma se procese en el limitador (60), el cual se describirá en detalle más adelante, el valor obtenido se introduce en un restador (37). En el restador (37), se resta una corriente real del motor (Idq) al valor de referencia proporcionado como salida por el limitador (60), y el valor obtenido se proporciona como salida al controlador de corriente (47). El controlador de corriente (47) genera un valor de referencia de tensión (Vdq*) en base al valor de referencia de corriente, y proporciona como salida el valor de referencia de tensión (Vdq*) al operador PWM (48).

El operador PWM (48) genera, en base al valor de referencia de tensión (Vdq*), una señal de puerta (G) para controlar el En CENDIDO/APAGADO de los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). Esto permite el ENCENDIDO/APAGADO de los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) en una relación de trabajo predeterminada.

<Configuración básica del controlador de par>

El controlador de par (50) está configurado para determinar/proporcionar como salida, en base, p. ej., al par de carga del motor (5), una cantidad de control para la referencia de par anterior. Haciendo referencia a la Figura 3, el controlador de par (50) incluye un extractor de componentes primarios (52), un amplificador (53), un regulador de la cantidad de control de par (54), y un dispositivo de retención de picos (55).

El extractor de componentes primarios (52) realiza la transformada de Fourier para extraer, del componente pulsante del par de carga del motor (5), un componente primario (componente de frecuencia fundamental) al cual es más susceptible la vibración del motor (5). El amplificador (53) multiplica el componente primario extraído por el extractor de componentes primarios (52) por una ganancia predeterminada, y proporciona como salida el valor obtenido al regulador de la cantidad de control de par (54).

El regulador de la cantidad de control de par (54) proporciona como salida al superponedor de control de par (42), como una cantidad de control de par final, el valor de referencia a multiplicar por el valor de referencia de par medio (Tave*). Por lo tanto, el superponedor de control de par (42) proporciona como salida el valor de referencia de par (T*) con un rango de variación mayor que el del valor de referencia de par medio (Tave*). En el caso en que el rango de variación del valor de referencia de par (T*) obtenido por multiplicación es igual al del valor de referencia de par medio (Tave*), el rango de variación del par de salida del motor (5) corresponde al valor medio (par medio) del par de carga. En tal caso, la relación entre el rango de variación del par de salida y el rango de variación del par medio, es decir, la cantidad de control de par, es del 100%. En la presente realización, el componente primario, que es un componente principal de vibración del motor (5), es mayor que el par medio. Por tanto, si el control de par se realiza para reducir lo suficiente la vibración, la cantidad de control de par es generalmente igual o mayor que el 100%. Es decir, de acuerdo con la presente realización, en el control de par, el par de salida del motor (5) se ajusta para que tenga una forma de onda con un rango de variación mayor que el valor medio del par de carga del motor (5).

El dispositivo de retención de picos (55) ilustrado en la Figura 3 actúa como un derivador de la corriente de pico configurado para retener, durante un período de determinación predeterminado, el valor máximo de la corriente (Idq) que fluye a través del motor (5) y derivar la corriente de pico. Cuando la corriente de pico excede un límite superior predeterminado, el regulador de la cantidad de control de par (54) ajusta el valor de referencia de salida de tal manera que la cantidad de control de par se reduce. Además, el regulador de la cantidad de control de par (54) controla el valor de referencia de salida para la cantidad de control de par en base a la tensión del enlace de CC (Vdc) detectada por el detector de tensión del enlace de CC (29).

Se describirá de manera más específica el control de par. El valor de referencia de entrada del controlador de corriente (47) se combina con un valor de referencia de par para generar un par de salida reduciendo el par de carga del motor (5). De esta manera, en el control de par, el par de salida del motor (5) se controla como se ilustra en, p. ej., la Figura 4. Obsérvese que la Figura 4 ilustra un cambio cronológico en el par de carga del motor (5), en la tensión del enlace de CC (Vdc) proporcionada como salida por el enlace de CC (15), y en el par de salida del motor (5) en condiciones en las que la frecuencia fin de la fuente de energía de CA (6) = 50 Hz, la velocidad de rotación del motor (5) = 30 rps, y la cantidad de control de par = 100%.

En el aparato de conversión de energía (10) de la presente realización, la tensión del enlace de CC (Vdc) pulsa con un ciclo (Tdc), y el par de carga del motor (5) también pulsa con un ciclo (Tc). De esta manera, el par de salida se controla de tal manera que la pulsación de la tensión del suministro de energía de la fuente de energía de CA (6) y la pulsación del par de carga se combinan entre sí. Como resultado, el par de salida es relativamente grande, p. ej., en el instante en el que el pico de la tensión del enlace de CC (Vdc) y el pico del par de carga están relativamente cerca uno del otro. Dado que el par de salida del motor (5) se controla para que esté sincronizado con el par de carga, la variación de velocidad del motor (5) se reduce y, por lo tanto, se reduce la vibración del motor (5). Particularmente en la presente realización, dado que el par de salida del motor (5) se controla de tal manera que se reduce el componente de frecuencia fundamental del par de carga, que es un factor principal para la vibración, la vibración del motor (5) se puede reducir de manera efectiva.

En el control de par anterior, la cantidad de control de par es igual o mayor que el 100% con el fin de reducir el componente primario de vibración del motor (5). Por este motivo, en el control de par, es probable que el rango (la amplitud) de variación del par de salida del motor (5) aumente. Por tanto, cuando la amplitud del par de salida aumenta como se ha descrito anteriormente y el par de salida alcanza un valor negativo, existe la posibilidad de que se produzca regeneración del motor (5).

Específicamente, p. ej., el ejemplo mostrado en la Figura 5 ilustra un cambio cronológico en el par de carga del motor (5), en la tensión del enlace de CC (Vdc) proporcionada como salida por el enlace de CC (15) y en el par de salida del motor (5) en condiciones en las que la frecuencia fin de la fuente de energía de CA (6) = 50 Hz, la velocidad de rotación del motor (5) = 30 rps, y la cantidad de control de par = 150%. En un ejemplo como este, el rango de variación del par de salida aumenta debido a un aumento de la cantidad de control de par. En asociación con este aumento, el par de salida cae por debajo de cero, y varía a un valor negativo. Como resultado, se produce regeneración del motor (5) en intervalos, rodeado cada uno de ellos por una línea discontinua en la Figura 5.

Por otro lado, en el aparato de conversión de energía (10) de la presente realización, la capacitancia electrostática del condensador (16) del enlace de CC (15) se establece en un valor extremadamente pequeño. De esta manera, cuando se produce regeneración del motor (5) como se ha descrito anteriormente, existe la posibilidad de que se produzca una sobretensión del enlace de CC (15) debido a una absorción insuficiente de la energía de regeneración por parte del condensador (16) y, por lo tanto, p. ej., los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) se dañan. Por esta razón, en la presente realización, se proporciona el limitador (60), haciendo referencia a la Figura 2, en el controlador (40) para limitar el par de salida para impidiendo que alcance un valor negativo. Es decir, el limitador (60) genera, para un valor de referencia introducido en el mismo, un valor de referencia para limitar el par de salida negativo de tal manera que el par de salida del motor (5) no alcance un valor negativo. De esta manera, el par de salida (par de salida indicado por una línea de trazos y doble punto en la Figura 6) que varía a un valor negativo en la técnica anterior, se mantiene, p. ej., haciendo referencia a la Figura. 6, en un valor mayor que el valor negativo (p. ej., el par de salida = 0). Como resultado, se garantiza que se reduce o se impide la regeneración del motor (5) y, p. ej., se protegen los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz). En el control realizado por el limitador (60), no se pone ninguna limitación al par de salida positivo. De esta manera, en el control de par, se puede obtener suficiente par de salida del motor (5), y la vibración del motor (5) se puede reducir de manera efectiva.

En la presente realización, dado que el limitador (60) se proporciona justo antes de un lado de entrada del controlador de corriente (47), se garantiza que se impide que el par de salida alcance un valor negativo. Sin embargo, el limitador (60) se puede proporcionar en otra parte en el lado de entrada del controlador de corriente (47). Específicamente, el limitador (60) se puede proporcionar en un lado de salida del regulador de la cantidad de control de par (54) del controlador de par (50).

<Reducción de la corriente del motor al controlar el par>

En el control de par anterior, la corriente (Idq) del motor (5) aumenta debido a un aumento del par de salida del motor (5). Específicamente, haciendo referencia a, p. ej., la Figura 7, cuando la temporización del pico (pico (Pl) indicado por una línea de trazos y doble punto en la Figura 7) del par de carga del motor (5) y la temporización del pico (pico (Pdc) indicado por un círculo blanco en la Figura 7) de la tensión del enlace de CC (Vdc) coinciden o coinciden sustancialmente entre sí, el par de salida del motor (5) es extremadamente alto. Así, cuando las temporizaciones de los picos (Pl, Pdc) coinciden entre sí, la corriente del motor (5) aumenta bruscamente. Cuando la corriente del motor (5) aumenta bruscamente como se ha descrito anteriormente, un valor de corriente para el dispositivo de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) excede el valor de corriente nominal máximo permitido, produciendo como resultado daños en el dispositivo de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) o una desmagnetización de un imán del motor (5). Además, si se aumenta la capacidad de corriente de un dispositivo como contramedida contra el fallo de funcionamiento anterior, aumenta el coste del aparato de conversión de energía (10).

Se considera una contramedida contra el fallo de funcionamiento anterior que se detecte arbitrariamente un valor de corriente para el motor (5) y que la cantidad de control de par del regulador de la cantidad de control de par (54) se controle de tal manera que el valor de corriente no exceda un límite superior predeterminado. Sin embargo, en la presente realización, dado que la tensión del enlace de CC (Vdc) pulsa con la frecuencia predeterminada como se ha descrito anteriormente, la temporización del pico (Pdc) de la tensión del enlace de CC (Vdc) y la temporización del pico (Pl) del par de carga no siempre coinciden entre sí (véase, p. ej., la Figura 4). Por lo tanto, incluso si se detecta corriente del motor (5) en el instante en el que los picos (Pdc, Pl) están desfasados entre sí, un valor para dicha corriente del motor (5) es relativamente bajo, y la corriente de pico deseada no se puede detectar.

Por la razón anterior, en el controlador (40) de la presente realización, se proporciona el dispositivo de retención de picos (55) de modo que se pueda garantizar la detección de la corriente de pico del motor (5).

El dispositivo de retención de picos (55) está configurado para retener, para cada período de determinación predeterminado (Td) establecido de antemano, el valor máximo para la corriente del motor detectado por el detector de corriente del motor (30) (en sentido estricto, un valor pico para la corriente de fase del motor (5) en cada ciclo de control). Este punto se describirá en detalle con referencia a la Figura 8.

La corriente del motor se introduce arbitrariamente en el dispositivo de retención de picos (55). El dispositivo de retención de picos (55) deriva el valor máximo de la corriente del motor (es decir, la corriente de pico (Ip)) para cada período de determinación predeterminado (Td). En la presente realización, la corriente de pico (Ip) derivada en un cierto período de determinación también se retiene en el siguiente período de determinación (Td). Dado que la corriente de pico (Ip) se retiene en el período de determinación predeterminado (Td), es más fácil detectar la corriente del motor (5) en el instante en el que la temporización del pico (Pl) del par de carga y la temporización del pico (Pdc) de la tensión del enlace de CC (Vdc) coinciden entre sí. Obsérvese que el período de determinación (Td) se establece en un tiempo tal (p. ej., 1 segundo) que el instante en el que los picos (Pl, Pdc) coinciden entre sí se puede detectar con éxito.

Haciendo referencia a la Figura 8, si la corriente del motor detectada es mayor que la corriente de pico (Ip) de un período de determinación anterior (Td) en un determinado período de determinación (Td), la corriente de pico (Ip) se renueva. Es decir, en un cierto período de determinación (Td), la corriente de pico (Ip) se renueva de tal manera que se traza arbitrariamente el valor máximo de la corriente del motor. De esta manera, incluso en el caso en que el par medio aumenta bruscamente en el período de determinación (Td), el pico de corriente se puede detectar rápidamente.

La corriente de pico (Ip) detectada por el dispositivo de retención de picos (55) se proporciona como salida al regulador de la cantidad de control de par (54). El regulador de la cantidad de control de par (54) controla, cuando la corriente de pico (Ip) excede un límite superior predeterminado, la cantidad de control de par para reducir el par de salida del motor (5). Como resultado, se impide que la corriente del motor sea excesiva en el control de par y, por lo tanto, se puede evitar de antemano el fallo de funcionamiento anterior. Obsérvese que el límite superior para la corriente de pico (Ip) se establece en un valor predeterminado menor que, p. ej., el valor de corriente nominal permisible máximo para el dispositivo de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz).

Como se ha descrito anteriormente, incluso si el dispositivo de retención de picos (55) retiene, para cada período de determinación (Td), la corriente de pico (Ip) para la corriente del motor, y el período de determinación (Td) es extremadamente largo, la capacidad de control de la cantidad de control de par se puede degradar. Específicamente, supóngase que la corriente de pico (Ip) se retiene dentro del período de determinación (Td), y a continuación el par medio disminuye durante dicho período de determinación (Td). Aunque la cantidad de control de par se puede incrementar ligeramente en la realidad, la cantidad de control de par está limitada como se ha descrito anteriormente. Por tanto, se reducen las prestaciones de control de par.

Este punto se describirá en detalle con referencia a la Figura 9. La Figura 9 ilustra un ejemplo de una forma de onda de la tensión del enlace de CC (Vdc) y una forma de onda del par de carga del motor (5). En este ejemplo, la temporización del pico (Pdc) de la tensión del enlace de CC (Vdc) y la temporización del pico (Pl) del par de carga del motor (5) coinciden entre sí en el punto t1. Además, en este ejemplo, la frecuencia (fdc) de la tensión del enlace de CC y una frecuencia que es n veces, donde n representa un número entero, la frecuencia (es decir, la frecuencia de funcionamiento fc del motor (5)) del par de carga están ligeramente desfasadas entre sí. Así, en la Figura 9, después de que los picos (Pl, Pdc) coincidan entre sí, el pico (Pdc) de la tensión del enlace de CC (Vdc) y el pico (Pl) del par de carga se desplazan gradualmente el uno con respecto al otro), y el desfase (AT ilustrado en la Figura 9) entre los picos aumenta gradualmente. En tales condiciones, es menos probable que las temporizaciones de los picos coincidan entre sí y, por lo tanto, la corriente de pico (Ip) no se puede detectar con precisión durante un largo período de tiempo. En cambio, si se establece un período de determinación largo (Td) para garantizar la detección de la corriente de pico (Ip) en las condiciones anteriores, las prestaciones de control de par se reducen como se ha descrito anteriormente.

Por las razones anteriores, en el controlador (40) de la presente realización, se proporciona un controlador de referencia de velocidad (70) configurado para garantizar la detección de la corriente de pico (Ip) en las condiciones anteriores (véase la Figura 10). El controlador de referencia de velocidad (70) incluye un calculador de ciclo de latido (71) y un regulador de referencia de velocidad (72). El calculador de ciclo de latido (71) actúa como un derivador de ciclo configurado para derivar, en el control de par, el ciclo (en lo sucesivo denominado ciclo de latido (Tb)) del instante en el que la temporización del pico (Pdc) de la tensión del enlace de CC (Vdc) y la temporización del pico (Pl) del par de carga coinciden o coinciden sustancialmente entre sí. El regulador de referencia de velocidad (72) está configurado para ajustar la referencia de velocidad (w*) del motor (5) en base al ciclo de latido (Tb) derivado por el calculador de ciclo de latido (71) para ajustar la frecuencia de funcionamiento (fc) del motor (5).

Específicamente, en, p. ej., el control de par, supóngase que el pico (Pdc) de la tensión del enlace de CC (Vdc) y el pico (Pl) del par de carga no coinciden entre sí en un determinado período de determinación (Td) como se ilustra esquemáticamente en la Figura 11, y el ciclo de latido (Tb) es mucho más largo que el período de determinación (Td) del dispositivo de retención de picos (55). En tales condiciones, incluso si se realiza la retención de pico anterior, no se puede garantizar la detección de la corriente de pico (Ip).

De esta manera, el controlador de referencia de velocidad (70) realiza un control ilustrado en la Figura 12. En el paso S1, el calculador del ciclo de latido (71) deriva la frecuencia (fdc) de la pulsación de la tensión del enlace de CC (Vdc). La frecuencia (fdc) de la pulsación de la tensión del enlace de CC (Vdc) se calcula, p. ej., de tal manera que la frecuencia (fin) de la pulsación de la tensión de la fuente de energía de CA (6) detectada por el detector de frecuencia del suministro de energía (27) se duplica (fdc = fin x 2).

A continuación, en el paso S2, el calculador de ciclo de latido (71) calcula un número entero n al que (para el que, en el que) la frecuencia (fdc) de la pulsación de la tensión del enlace de CC (Vdc) y la frecuencia que es un número entero de veces (n veces) la frecuencia de funcionamiento (fc) del motor (5) son más aproximadas. Supóngase que la frecuencia (fin) de la tensión de la fuente de energía de CA (6) es 50,1 Hz, la frecuencia (fdc) de la pulsación de la tensión del enlace de CC (Vdc) es 100,2 Hz y la frecuencia de funcionamiento (fc) es 25 Hz. El número entero n es 4.

Posteriormente, en el paso S3, el calculador de ciclo de latido (71) calcula, de acuerdo con la siguiente ecuación (1), la frecuencia (frecuencia de latido (fb)) con la que se genera un latido:

fb = fdc - (fc x n) Ecuación (1)

A continuación, en el paso S4, el calculador de ciclo de latido (71) obtiene una inversa de la frecuencia de latido calculada (fb) para calcular el ciclo de latido (Tb). Supóngase que la frecuencia calculada (fdc) de la tensión del enlace de CC es 100,2 Hz, la frecuencia de funcionamiento (fc) del motor (5) es 25 Hz, y el número entero n es 4. De acuerdo con la ecuación (1), la frecuencia de latido (fb) es 100,2 Hz - 25 Hz x 4 = 0,2 Hz. Por lo tanto, el ciclo de latido (Tb) es 5 segundos.

En el paso S5, el regulador de referencia de velocidad (72) compara entre el ciclo de latido (Tb) calculado y el período de determinación (Td) establecido en el dispositivo de retención de picos (55). Supóngase que el ciclo de latido (Tb) es 5 segundos, el período de determinación (Td) es 1 segundo y el ciclo de latido (Tb) es más largo que el período de determinación (Td). No se puede garantizar que la corriente del motor en el punto en el que el pico (Pdc) de la tensión del circuito intermedio (Vdc) y el pico (Pl) del par de carga coinciden entre sí no se pueda detectar para cada período de determinación (Td) como la corriente de pico (Ip). Por tanto, en el paso S5, si Tb > Td, el proceso avanza al paso S6, y la referencia de velocidad (w*) se ajusta de tal manera que se ajusta la frecuencia de funcionamiento (fc) del motor (5).

Específicamente, en el paso S6, el regulador de referencia de velocidad (72) calcula, de acuerdo con la siguiente ecuación (2), una frecuencia de funcionamiento (fc*) para igualar el ciclo de latido (Tb) al período de determinación (Td):

fc* = (fdc - 1 / Td)) / n Ecuación 2

Supóngase que la frecuencia (fdc) de la pulsación de la tensión del enlace de CC (Vdc) es 100,2 Hz, el período de determinación (Td) es 1 segundo, y el número entero n es 4. De acuerdo con la ecuación (2), la frecuencia de funcionamiento (fc*) para igualar el ciclo de latido (Tb) al período de determinación (Td) es (100,2 Hz - 1,0 Hz) / 4 = 24,8 Hz. El regulador de referencia de velocidad (72) ajusta la referencia de velocidad de entrada (w*) de tal manera que la frecuencia de funcionamiento en ese instante (p. ej., una frecuencia de funcionamiento fc de 25 Hz) se ajuste a la frecuencia de funcionamiento calculada (p. ej., una frecuencia de funcionamiento fc* de 24,8 Hz). Esto iguala entre el ciclo de latido (Tb) y el período de determinación (Td) en la siguiente operación. De esta manera, haciendo referencia, p. ej., a la Figura 13, se puede derivar la corriente de pico (Ip), durante cada período de determinación (Td), en el estado en el que la temporización del pico (Pdc) de la tensión del enlace de CC (Vdc) y la temporización del pico (PI) del par de carga coinciden o coinciden sustancialmente entre sí al menos una vez.

Si el ciclo de latido (Tb) es más largo que el período de determinación (Td), el regulador de referencia de velocidad (72) de la presente realización ajusta la frecuencia de funcionamiento (fc) del motor (5) de tal manera que el ciclo de latido (Tb) y el período de determinación (Td) sean iguales entre sí. Sin embargo, si el ciclo de latido (Tb) es más largo que el período de determinación (Td), el regulador de referencia de velocidad (72) puede ajustar la frecuencia de funcionamiento (fc) de tal manera que el ciclo de latido (Tb) sea más corto que el período de determinación (Td). Es decir, durante el período de determinación (Td), la temporización del pico (Pdc) de la tensión del enlace de CC (Vdc) y la temporización del pico (Pl) del par de carga coinciden o coinciden sustancialmente entre sí al menos una vez.

Si el par de salida se vuelve, en el control de par, excesivo en condiciones en las que la tensión del suministro de energía (Vin) de la fuente de energía de CA (6) es relativamente alta o relativamente baja, existe la posibilidad de que se produzca(n) fallo(s) de funcionamiento. Específicamente, en el caso en que la cantidad de control de par es relativamente grande en condiciones en las que la tensión del suministro de energía (Vin) es relativamente alta y, por lo tanto, la tensión del enlace de CC (Vdc) también es relativamente alta, la resonancia entre el inductor (12) y el condensador (16) puede aumentar, produciendo como resultado una tensión del enlace de CC (Vdc) extremadamente alta (véase, p. ej., la Figura 14). Además, en el caso en que la cantidad de control de par es relativamente grande en condiciones en las que la tensión del suministro de energía (Vin) es relativamente baja y, por lo tanto, la tensión del enlace de CC (Vdc) también es relativamente baja, la relación de trabajo de una señal de pulso del operador PWM (48) aumenta para obtener un par de salida predeterminado. Como resultado de esto, existe la posibilidad de que la capacidad de control de par se degrade debido a una respuesta retardada en un control de corriente.

Por las razones anteriores, en la presente realización, el regulador de la cantidad de control de par (54) ajusta la cantidad de control de par en base al pico de la tensión del enlace de CC (Vdc) en un semi-ciclo del suministro de energía. Específicamente, p. ej., si el pico de la tensión del enlace de CC (Vdc) en el semi-ciclo del suministro de energía excede un límite superior predeterminado, el regulador de la cantidad de control de par (54) reduce la cantidad de control de par de tal manera que no aparezca sobretensión en el circuito de enlace de CC (15). Por lo tanto, en el regulador de la cantidad de control de par (54), el valor de referencia para la cantidad de control de par está limitado a un valor predeterminado (a un valor tal que la tensión del enlace de CC Vdc no sea sobretensión). Como resultado, la resonancia anterior entre el inductor (12) y el condensador (16) se reduce, y un incremento de la tensión del enlace de CC (Vdc) como se ilustra en la Figura 14 se reduce.

Por otro lado, p. ej., si el pico de la tensión del enlace de CC (Vdc) en el semi-ciclo del suministro de energía cae por debajo de un límite inferior predeterminado, el regulador de la cantidad de control de par (54) reduce la cantidad de control de par. Por lo tanto, en el regulador de la cantidad de control de par (54), el valor de referencia para la cantidad de control de par está limitado a un valor predeterminado. Como resultado, se puede reducir un aumento sustancial en la relación de trabajo de la señal de pulso del operador PWM (48) y, por lo tanto, se puede evitar la degradación de la capacidad de control de par.

El regulador de la cantidad de control de par (54) de la presente realización limita la cantidad de control de par en base a la tensión del enlace de CC (Vdc) detectada por el detector de tensión del enlace de CC (29). Sin embargo, la cantidad de control de par se puede limitar de una manera similar a la anterior en base, por ejemplo, a la tensión del suministro de energía (Vin) de la fuente de energía de CA (6).

Ventajas de la realización

De acuerdo con la realización anterior, en el control de par, el limitador (60) limita el par de salida de tal manera que el par de salida del motor (5) no alcance un valor negativo (véase la Figura 6). Así, se puede garantizar que la regeneración del motor (5) se reduce o se impide, y que los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) etc. están protegidos.

De acuerdo con la realización anterior, en el control de par, el valor máximo para la corriente del motor (5) es retenido por el dispositivo de retención de picos (55) de modo que se pueda derivar la corriente de pico (Ip) (véase la Figura 8). De esta manera, un valor de corriente del motor cuando el pico del par de salida y el pico de la tensión del enlace de CC (Vdc) coinciden entre sí se deriva fácilmente como la corriente de pico (Ip). Cuando la corriente de pico (Ip) excede el valor predeterminado, el rango de variación del par de salida se reduce y, por lo tanto, se puede garantizar que los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz), etc. están protegidos.

Además, en condiciones en las que es menos probable que el pico (Pdc) de la tensión del enlace de CC (Vdc) y el pico (Pl) del par de carga coincidan entre sí en el período de determinación (Td) del dispositivo de retención de picos (55), la frecuencia de funcionamiento del motor (5) se ajusta de tal manera que el ciclo de latido (Tb) y el período de determinación (Td) sean iguales entre sí. De esta manera, haciendo referencia, p. ej., a la Figura 13, se puede garantizar que los picos (Pdc, Pl) coincidan entre sí para cada período de determinación (Td) para derivar la corriente de pico (Ip).

De acuerdo con la realización anterior, si el pico de la tensión del enlace de CC (Vdc) en el semi-ciclo del suministro de energía excede el límite superior predeterminado, la cantidad de control del par de salida está limitada al valor predeterminado. Esto reduce o impide, de antemano, un aumento de la tensión del enlace de CC (Vdc) debido a resonancia entre el inductor (12) y el condensador (16). Además, si el pico de la tensión del enlace de CC (Vdc) en el semi-ciclo del suministro de energía cae por debajo del límite inferior predeterminado, la cantidad de control del par de salida también está limitada al valor predeterminado. Esto reduce o impide la degradación de la capacidad de control de par debido a un aumento de la relación de trabajo en el operador PWM (48).

«E jem plo que no forma parte de la invención»

La Figura 19 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de un controlador de par (50) de un ejemplo de la presente divulgación. El controlador de par (50) del presente ejemplo incluye un estimador del valor de la corriente de pico (80), en lugar de incluir el dispositivo de retención de picos (55) del controlador de par (50) de la primera realización. Un valor de referencia de par medio (Tave*) se introduce en el estimador de valor de corriente de pico (80). El controlador de par (50) reduce el rango de variación del par de salida de un motor (5) de tal manera que un valor de corriente de pico estimado por el estimador del valor de la corriente de pico (80) no excede un límite superior predeterminado.

Supóngase que un valor de salida del sumador de componentes de doble frecuencia (44) de la primera realización se representa mediante "Idq1*". Las siguientes ecuaciones muestran una relación entre el valor de referencia de par medio (Tave*), un valor de referencia de par (T*), y el valor de salida (Idq1 *):

T* = CT x Tave*

Idql * = CV x T* - CV x CT x Tave*

donde "CT" representa un componente de variación debido a la variación del par de carga, y "CV" representa un componente de variación debido a la pulsación de tensión. La magnitud del valor de salida (Idq1 *) cambia en función de los componentes de variación anteriores. El valor de salida (Idq1 *) representa la magnitud de la corriente del motor. De esta manera, si se obtiene un valor pico para el valor de salida (Idq1 *), se puede estimar el valor de la corriente de pico en un circuito inversor (20) cuando se produce un control de par.

Supóngase que se cumplen las siguientes ecuaciones:

CT = 1 kT x sin(Gm)

donde "kT" representa una cantidad de control de par y "0m" representa una fase del motor (radianes mecánicos); y CV = kV x |sin(0in)|

donde "kV" representa una cantidad de variación del componente pulsante de tensión, y "0in" representa la fase de la tensión del suministro de energía. El valor de salida (Idq1 *) se convierte en el máximo cuando cada una de la fase (0m) y la fase del suministro de energía (0in) es 90° ó 270°. Dicho valor máximo se representa mediante la siguiente ecuación:

De esta manera, si se obtienen kV, kT y Tave, se puede estimar un valor pico para la corriente del motor que varía en un patrón de latido.

El estimador de valor de la corriente de pico (80) obtiene el valor de la corriente de pico de acuerdo con las ecuaciones de relación anteriores. Como se ha descrito anteriormente, si se obtiene el valor de la corriente de pico, el rango de variación del par de salida del motor (5) se reduce de tal manera que el valor de la corriente de pico no excede un límite superior predeterminado y, por lo tanto, se pueden proporcionar ventajas similares a las de la primera realización. <Otra realización>

En las realizaciones anteriores, la fuente de energía de CA monofásica (6) se utiliza como fuente de energía, pero la presente descripción no está limitada a lo anterior. Se puede utilizar una fuente de energía de CA trifásica como en el ejemplo (primera variación) ilustrado en la Figura 15. Un circuito convertidor (11) ilustrado en la Figura 15 es un circuito de puente de diodos en el que seis diodos (D1-D6) están conectados entre sí en una configuración de puente. Además, en las realizaciones anteriores, la presente divulgación está concebida para el aparato de conversión de energía que incluye el circuito convertidor (11) y el circuito inversor (20), pero no está limitada a dicho aparato. La presente divulgación puede estar concebida para un convertidor matricial (20) como en, p. ej., el ejemplo (segunda variación) ilustrado en la Figura 16 o el ejemplo (tercera variación) ilustrado en la Figura 17. El convertidor matricial (20) actúa como una sección de conversión configurada para convertir energía procedente de la fuente de energía de Ca (6) en energía de CA con una frecuencia predeterminada. Se pueden utilizar transistores, etc., como dispositivos de conmutación (Sr, Ss, St, Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) del convertidor matricial (20).

Aplicabilidad industrial

Como se ha descrito anteriormente, la presente divulgación es útil para el aparato de conversión de energía configurado para controlar el par del motor.

Descripción de los caracteres de referencia

5 Motor

6 Fuente de energía de CA

10 Aparato de conversión de energía

11 Circuito convertidor

15 Enlace de CC

16 Condensador

20 Circuito inversor

21 Condensador

40 Controlador

54 Regulador de la cantidad de control de par

55 dispositivo de retención de picos

60 Limitador

71 Calculador de ciclo de latido (Derivador de ciclo)

72 Regulador de referencia de velocidad

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de conversión de energía, que comprende:

una sección de conversión (20) que incluye una pluralidad de dispositivos de conmutación (Sr, Ss, St, Su, Sv, Sw, Sx, Sy, Sz) y configurada para convertir, mediante la conmutación de los dispositivos de conmutación (Sr, Ss, St, Su , Sv, Sw, Sx, Sy, Sz), energía procedente de una fuente de energía de CA (6) en energía de CA con una frecuencia predeterminada para proporcionar como salida la energía de CA a un motor (5); y caracterizado por

un controlador (40) configurado para controlar la conmutación para permitir que el par de salida del motor (5) contenga un componente pulsante del suministro de energía que es un componente pulsante con una frecuencia que es un número entero de veces la frecuencia de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) y permitir que el par de salida del motor (5) varíe en asociación con la variación del par de carga del motor (5), y configurado para obtener un valor de la corriente de pico de una corriente de fase que fluye a través del motor (5) cuando la temporización de un pico del componente pulsante del suministro de energía y la temporización de un pico de un componente pulsante del par de carga coinciden o coinciden sustancialmente entre sí y para reducir un rango de variación del par de salida de tal manera que el valor de la corriente de pico no exceda un límite superior predeterminado; y

en el cual el controlador (40) incluye un dispositivo de retención de picos (55) configurado para retener el valor de la corriente de pico en un período de determinación predeterminado; y

un regulador de la cantidad de control de par (54) configurado para reducir el rango de variación del par de salida del motor (5) cuando el valor de corriente de pico retenido por el dispositivo de retención de picos (55) excede el límite superior predeterminado.

2. El aparato de conversión de energía de la reivindicación 1, en el cual el controlador (40) incluye además un regulador de referencia de velocidad (72) configurado para ajustar una frecuencia de funcionamiento (fc) del motor (5) de tal manera que la temporización del pico del componente pulsante del par de carga y la temporización del pico del componente pulsante del suministro de energía coincidan o coincidan sustancialmente entre sí durante el período de determinación del dispositivo de retención de picos (55).

3. El aparato de conversión de energía de la reivindicación 1, en el cual

el controlador (40) incluye además

un derivador de ciclo (71) configurado para derivar, en base a la frecuencia de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) y la frecuencia de funcionamiento del motor (5), un ciclo con temporización en la cual un pico del par de carga del motor (5) y un pico de la tensión de salida de la fuente de energía de CA (6) coinciden o coinciden sustancialmente entre sí, y

un regulador de referencia de velocidad (72) configurado para ajustar la frecuencia de funcionamiento del motor (5) de tal manera que el ciclo derivado por el derivador de ciclo (71) sea igual o más corto que el período de determinación del dispositivo de retención de picos (55).

4. El aparato de conversión de energía de la reivindicación 1, en el cual

el controlador (40) está configurado para estimar el valor de la corriente de pico y reduce el rango de variación del par de salida del motor (5) de tal manera que el valor de la corriente de pico estimado no exceda el límite superior predeterminado.

5. El aparato de conversión de energía de la reivindicación 1, que comprende además:

un circuito convertidor (11) configurado para rectificar la tensión procedente de la fuente de energía de CA (6); un enlace de CC (15) que incluye un condensador (16) conectado en paralelo con una salida del circuito convertidor (11); y

un circuito inversor (20) configurado para actuar como sección de conversión y configurado para convertir la tensión proporcionada como salida por el enlace de CC (15) en tensión de CA para proporcionar como salida la tensión de CA al motor (5),

donde un valor de capacitancia del condensador (16) se establece en un valor tal que la tensión introducida en el circuito inversor (20) tenga una gran pulsación para que tenga un valor máximo dos veces o más mayor que su valor mínimo.