ES2882547T3 - Máquina de trabajo accionada eléctricamente con almacenamiento de potencia inversa así como procedimiento - Google Patents

Abstract

Procedimiento para hacer funcionar una máquina de trabajo (1), tal como, por ejemplo, un equipo de manipulación de materiales, que presenta un accionamiento eléctrico (5) con al menos un motor eléctrico (6) para accionar un tren de transmisión (7), en donde la energía de realimentación recuperada en un modo de arrastre y/o frenado, proporcionada desde el tren de transmisión (7) al motor eléctrico (6) es almacenada temporalmente, caracterizado por que, para almacenar temporalmente la energía de realimentación, el motor eléctrico (6) se utiliza como acumulador de volante de inercia, en donde un par de torsión y/o de arrastre electromagnético del motor eléctrico es controlado en función del número de revoluciones y es mantenido esencialmente a cero por un dispositivo de control de motor (10) en un régimen de número de revoluciones de acumulador (14) por encima de un número de revoluciones de funcionamiento nominal (nnom), tanto en un modo de arrastre y/o frenado, en el que hay un flujo de potencia desde el tren de transmisión (7) al motor eléctrico (6), como en un modo de accionamiento, en el que hay un flujo de potencia desde el motor eléctrico (6) al tren de transmisión (7).

Description

DESCRIPCIÓN

Máquina de trabajo accionada eléctricamente con almacenamiento de potencia inversa así como procedimiento

La presente invención se refiere, en general, a máquinas de trabajo con un accionamiento eléctrico y a un sistema de almacenamiento de energía para almacenar temporalmente energía recuperada. A este respecto, la invención se refiere, en particular, a máquinas de trabajo que trabajan de manera estática o cuasiestática con un accionamiento eléctrico primario y un accionamiento hidráulico secundario, que trabajan en movimientos cíclicos, por ejemplo en forma de un equipo de manipulación de materiales, tal como excavadoras o grúas, con un accionamiento eléctrico con al menos un motor eléctrico para accionar un tren de transmisión de la máquina de trabajo, así como a un sistema de almacenamiento de energía para el almacenamiento temporal de la potencia inversa liberada desde el tren de transmisión al motor eléctrico en un modo de arrastre y/o frenado. La invención también se refiere a un procedimiento para hacer funcionar una máquina de trabajo con un accionamiento eléctrico, en el que la energía recuperada en un modo de arrastre o frenado se usa o se almacena temporalmente para compensar las pérdidas del sistema.

En los equipos de manipulación de materiales que funcionan en movimientos cíclicos, tales como excavadoras de movimiento de tierras, excavadoras de minería, grúas sobre orugas, grúas móviles portuarias, grúas en alta mar, grúas para barcos o excavadoras hidráulicas de cable, es habitual desde hace mucho tiempo utilizar un accionamiento primario por motor de combustión interna, en particular por motor diésel, que acciona uno o más convertidores hidráulicos, por medio de los cuales luego se alimentan y se accionan hidráulicamente servoaccionadores hidráulicos para accionar la unidad de trabajo principal y/o las unidades de trabajo auxiliares de la máquina. En el caso de una excavadora, por ejemplo, puede tratarse de cilindros hidráulicos para ajustar el brazo de la pluma, motores rotativos para hacer girar la superestructura o también de un accionamiento de avance. En el caso de las grúas, los cabrestantes de elevación, los accionamientos de carro, los cilindros de basculación para hacer bascular la pluma, el mecanismo de giro para hacer girar la plataforma giratoria o la parte giratoria de la grúa o los cabrestantes para ajustar el arriostramiento pueden accionarse de la manera antes mencionada.

Si se produce potencia inversa desde uno de los trenes de transmisión en una máquina de trabajo de este tipo con un accionamiento por motor diésel, el motor diésel generalmente se acelera en su número de revoluciones en sentido ascendente, y la energía realimentada al motor diésel se convierte en calor y se distribuye o se disipa. Un motor diésel es insensible a esto y puede proporcionar grandes pares de frenado debido al sistema (freno motor), por lo que, por regla general, no se requieren más dispositivos para distribuir la potencia inversa.

Sin embargo, este no es el caso de las máquinas de trabajo accionadas por un motor eléctrico, cuyo motor se alimenta directamente desde la red de suministro eléctrico. En este caso, cuando hay potencia inversa procedente de uno de los accionamientos, el flujo de potencia se invierte, es decir, el motor eléctrico funciona como generador y la potencia se realimenta a la red de suministro. En este sentido se deben cumplir estrictas especificaciones, ya que el equipo está clasificado como una central de energía que genera energía eléctrica. En el caso de los motores eléctricos alimentados directamente desde la red, también sucede a este respecto que habitualmente solo pueden funcionar a una frecuencia constante, por lo que su número de revoluciones es en gran medida fijo. No es posible un funcionamiento con número de revoluciones variable. La energía realimentada por estos motores es asíncrona en cuanto a frecuencia y posición de fase y, por lo tanto, no debe realimentarse a la red pública.

Por el documento WO 2008/042319 A2 se conoce una niveladora sobre orugas cuyas cadenas pueden ser accionadas por un accionamiento de avance eléctrico. Al motor eléctrico del accionamiento de avance está conectado un volante de inercia que puede continuar accionando el motor eléctrico cuando su potencia de accionamiento ya no es necesaria, con el fin de hacer funcionar el motor eléctrico como generador y alimentar la corriente producida de este modo a una batería.

Para paliar este problema y conseguir un desacoplamiento de la red de suministro, ya se ha propuesto utilizar, en el caso de máquinas de trabajo accionadas por motor eléctrico del tipo mencionado, un convertidor de frecuencia por medio del cual se pueda regular el número de revoluciones del accionamiento electromotor. A este respecto, generalmente también está previsto un dispositivo de frenado que comprende un interruptor de potencia electrónico, en particular en forma de un denominado chopper de frenado, así como una resistencia de potencia o de frenado en la que la energía inversa se puede convertir en calor o la potencia inversa se puede disipar. Por lo tanto, la energía recuperada o realimentada ya no se puede utilizar. A este respecto, a menudo el sistema de refrigeración de la máquina también está sometido a una gran carga, por lo que se requiere un sistema de refrigeración sobredimensionado en comparación con el modo de trabajo normal, lo que hace que la máquina sea más pesada y crea problemas de espacio.

En accionamientos híbridos que funcionan con un accionamiento eléctrico primario y un accionamiento hidráulico secundario, recientemente se ha propuesto ya utilizar acumuladores de energía para almacenar temporalmente la energía recuperada, pudiendo estar configurados tales dispositivos de almacenamiento de energía como acumuladores hidráulicos que almacenan energía hidráulica o como acumuladores eléctricos para almacenar la energía eléctrica que se genera en el accionamiento eléctrico primario. Por ejemplo, se pueden usar acumuladores de presión tales como acumuladores de vejiga o pistón para almacenar energía hidráulica, o pueden estar previstos acumuladores eléctricos tales como acumuladores de condensadores de doble capa o baterías de litio u otros acumuladores cargables eléctricamente. Sin embargo, tales sistemas de almacenamiento de energía dan como resultado estructuras adicionales relativamente complejas que son caras y, cuando se considera el sistema en su conjunto, merman significativamente su rentabilidad.

Partiendo de esto, la presente invención se basa en el objetivo de crear una máquina de trabajo mejorada del tipo mencionado así como un procedimiento mejorado del tipo mencionado que eviten los inconvenientes del estado de la técnica y perfeccionen este último de manera ventajosa. En particular, debe lograrse un almacenamiento temporal económico de la energía recuperada, que es proporcionada desde el tren de transmisión al motor eléctrico, que permita un funcionamiento energéticamente eficiente de la máquina de trabajo y requiera menos potencia de refrigeración.

De acuerdo con la invención, el objetivo mencionado se consigue mediante un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 así como una máquina de trabajo de acuerdo con la reivindicación 2. Configuraciones preferidas de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Por lo tanto, se propone no convertir la energía devuelta desde el tren de transmisión al motor eléctrico al menos en gran medida en energía eléctrica, sino almacenarla en forma de energía cinemática y, a este respecto, controlar el motor eléctrico con respecto a su resistencia electromagnética o par de torsión o de arrastre en un estado en el que la resistencia de arrastre o el par electromagnético del motor se elimina en gran medida o al menos se reduce significativamente en comparación con un modo de motor o de generador regular. Para almacenar temporalmente la energía recuperada, el motor no funciona como generador, sino como acumulador de energía cinética o al menos como parte de tal acumulador de energía cinética. De acuerdo con la invención, al menos el accionamiento eléctrico se utiliza como acumulador de volante de inercia para almacenar temporalmente la energía recuperada que es proporcionada desde el tren de transmisión al motor eléctrico, en donde, en particular, un par de torsión electromagnético del motor eléctrico se controla en función del número de revoluciones y se mantiene esencialmente a cero en un régimen de número de revoluciones de acumulador por encima de un número de revoluciones de funcionamiento nominal. Al eliminar o reducir significativamente el par electromagnético del motor eléctrico, no tiene lugar una realimentación a la red de suministro, sino un almacenamiento de energía de manera mecánica o cinética de la energía recuperada.

De esta manera, se pueden evitar muchos problemas y las medidas necesarias para la realimentación eléctrica a la red de suministro; en particular, no es necesario utilizar costosos acumuladores eléctricos tales como baterías de litio o condensadores de acumulación. El sistema de refrigeración de la máquina de trabajo no tiene que diseñarse para el caso de la realimentación, sino que puede dimensionarse significativamente más pequeño, ya que esencialmente solo se tiene que hacer frente al calor generado durante el funcionamiento de trabajo normal. Al mismo tiempo, la energía almacenada de manera temporal cinéticamente se puede utilizar nuevamente sin estructuras adicionales complejas para accionar las unidades de trabajo de la máquina, sin incurrir en este sentido en pérdidas importantes. Las pérdidas por fricción que se producen en el motor eléctrico cuando funciona como acumulador de volante de inercia son insignificantes. Con una estructura de accionamiento muy simple sin componentes adicionales costosos, se puede lograr un consumo de energía significativamente reducido de la máquina de trabajo.

Se puede lograr una estructura particularmente simple del dispositivo de accionamiento y también del sistema de almacenamiento de energía al ser el rotor del propio motor eléctrico el acumulador de volante de inercia y al no acoplar volantes de inercia ni componentes de almacenamiento adicionales al motor eléctrico. En un perfeccionamiento de la invención, el motor eléctrico, en particular su rotor, puede estar dimensionado con respecto a su inercia rotacional y su número de revoluciones máximo permitido más allá del número de revoluciones de funcionamiento nominal de tal manera que la potencia inversa máxima que se produce durante el funcionamiento normal de la máquina de trabajo se pueda almacenar por completo en forma de energía cinética en el acumulador de volante de inercia.

Si se han de almacenar cantidades particularmente grandes de energía recuperada con un motor eléctrico de pequeñas dimensiones se puede acoplar, no obstante, un dispositivo de volante de inercia adicional al motor eléctrico, en donde, para un funcionamiento eficiente, entre tal acumulador de volante de inercia adicional y el motor eléctrico puede estar previsto un embrague que permita acoplar y desacoplar el dispositivo de volante de inercia adicional, por ejemplo, desacoplarlo en el modo de accionamiento normal y acoplarlo en el modo de realimentación o de almacenamiento.

Sin embargo, por regla general, las potencias de realimentación producidas en máquinas de trabajo genéricas pueden ser almacenadas temporalmente por el motor eléctrico o su rotor solo en forma de energía cinética, de modo que dicho acumulador de volante de inercia para el almacenamiento temporal de manera cinética de energía realimentada está constituido únicamente por el motor eléctrico, o el acumulador de volante de inercia está completamente integrado en el motor eléctrico. La energía que ha de almacenarse se puede reducir significativamente compensando una gran parte de las pérdidas relacionadas con el sistema en el intervalo del número de revoluciones de acumulador con la energía de realimentación. Puede tratarse de la potencia de arrastre de las unidades hidráulicas, la potencia de accionamiento de los ventiladores accionados hidráulicamente y/o la potencia perdida de los motores de accionamiento (fricción/ventilador).

La reducción antes mencionada del par electromagnético del motor eléctrico se prevé tanto en el modo de funcionamiento de arrastre y/o frenado como en un modo de accionamiento. El dispositivo de control de motor no solo puede mantener el par electromagnético del motor eléctrico esencialmente a cero durante la realimentación de energía desde el tren de transmisión al motor eléctrico, sino que también lo mantiene esencialmente a cero cuando se requiere energía nuevamente en el tren de transmisión y esta puede ser proporcionada por el motor eléctrico que actúa como acumulador de volante de inercia, sin que el motor eléctrico tenga que ser alimentado para ello eléctricamente de nuevo.

El dispositivo de control de motor mantendrá el par electromagnético del motor eléctrico esencialmente a cero siempre que el número de revoluciones del motor se encuentre en el régimen de número de revoluciones de acumulador mencionado anteriormente por encima del número de revoluciones nominal. Tan pronto como el número de revoluciones exceda dicho número de revoluciones de funcionamiento nominal en el modo de empuje o de arrastre, el dispositivo de control de motor apaga la resistencia electromagnética de modo que el motor eléctrico no funcione como generador, y mantiene este estado hasta que el número de revoluciones descienda nuevamente y alcance o caiga por debajo de dicho número de revoluciones de funcionamiento nominal. Tan pronto como el número de revoluciones desciende por debajo del número de revoluciones de funcionamiento nominal, el dispositivo de control de motor enciende de nuevo el par de torsión electromagnético del motor, de modo que el motor eléctrico vuelve a funcionar como motor eléctrico y convierte la potencia eléctrica en potencia mecánica.

Dicho régimen de número de revoluciones de acumulador puede estar limitado ventajosamente por arriba a fin de evitar que el motor eléctrico exceda un número de revoluciones máximo permitido o que el tren de transmisión exceda una velocidad máxima permitida. En un perfeccionamiento ventajoso de la invención, el dispositivo de control de motor puede regular el par de torsión o de arrastre electromagnético del motor a un par de frenado predeterminado en un régimen de número de revoluciones de frenado por encima del régimen de número de revoluciones de acumulador mencionado anteriormente, en particular por encima de un número de revoluciones máximo permitido. En particular, el motor eléctrico puede funcionar como generador en dicho régimen de número de revoluciones de frenado, pudiendo el dispositivo de control de motor tener asociado ventajosamente un interruptor de potencia electrónico, en particular en forma de chopper de frenado, y/o una resistencia de frenado, a través del cual o de la cual puede disiparse la energía eléctrica generada por el motor eléctrico en el régimen de número de revoluciones de frenado y/o en el cual o en la cual dicha energía eléctrica generada por el motor eléctrico en el régimen de número de revoluciones de frenado se puede convertir en calor. Sin embargo, un dispositivo de frenado eléctrico de este tipo únicamente sirve esencialmente como freno de seguridad adicional redundante, que puede dimensionarse de forma correspondientemente pequeña. El modo de frenado o el modo de arrastre habitual, que se produce cuando la máquina está funcionando según lo previsto, se gobierna utilizando el motor eléctrico como acumulador de volante de inercia y la energía realimentada en este caso, que va desde el tren de transmisión al motor eléctrico, se almacena temporalmente de manera cinética.

El número de revoluciones, en función del cual el dispositivo de control de motor controla el motor eléctrico con respecto a su par de torsión y/o de arrastre electromagnético, en principio puede determinarse de varias formas, por ejemplo estimarse, calcularse o averiguarse de manera combinatoria con ayuda de parámetros operativos predeterminados. En un perfeccionamiento de la invención, está previsto un dispositivo de detección de número de revoluciones para detectar el número de revoluciones del motor eléctrico y/o del tren de transmisión y/o de una unidad de trabajo conectada al mismo, controlando el dispositivo de control de motor el par electromagnético del motor eléctrico en función de la señal de dicho dispositivo de detección de número de revoluciones. Por ejemplo, un sensor de número de revoluciones puede detectar directamente el número de revoluciones del propio motor eléctrico. Alternativamente, el número de revoluciones del motor eléctrico también se puede determinar solo indirectamente, por ejemplo midiendo el número de revoluciones del tren de transmisión acoplado al motor eléctrico, dado el caso, a través de una caja de cambios, o detectando la velocidad de accionamiento de una unidad de trabajo acoplada al tren de transmisión.

En un perfeccionamiento de la invención, dicho dispositivo de control de motor puede presentar un convertidor de frecuencia para controlar el motor eléctrico y/o para controlar el par de torsión y/o de arrastre electromagnético del motor eléctrico. El número de revoluciones del motor eléctrico se puede ajustar en el modo de funcionamiento de accionamiento a través de dicho convertidor de frecuencia. Como alternativa o adicionalmente, a través de dicho convertidor de frecuencia el par electromagnético del motor eléctrico puede reducirse o ajustarse esencialmente a cero en el régimen de número de revoluciones de acumulador mencionado anteriormente y/o aumentarse nuevamente en el régimen de número de revoluciones de frenado mencionado anteriormente. En principio, sin embargo, también se pueden utilizar otros componentes electrónicos, por medio de los cuales el par electromagnético del motor eléctrico se pueda reducir o ajustar esencialmente a cero en dicho régimen de número de revoluciones de acumulador.

La invención se explica en más detalle a continuación por medio de un ejemplo de realización preferido y dibujos correspondientes. En los dibujos, muestran:

la figura 1 : una representación esquemática en perspectiva de una máquina de trabajo en forma de una excavadora de movimiento de materiales, sus direcciones de movimiento de rotación y par de torsión y del flujo de potencia que se produce en distintos estados de funcionamiento entre un motor eléctrico y un tren de transmisión, en donde, además de las representaciones del flujo de potencia, están representados a lo largo del tiempo el número de revoluciones del motor eléctrico y su par electromagnético, que es controlado por el dispositivo de control de motor,

la figura 2 : un diagrama de flujo para ilustrar el modo de trabajo del dispositivo de control de motor que controla el par electromagnético del motor eléctrico en función del número de revoluciones, y

la figura 3: un diagrama de par de torsión-número de revoluciones que ilustra el par de torsión proporcionado por el motor eléctrico en los distintos regímenes de número de revoluciones.

Como muestra la figura 1, la máquina de trabajo 1 puede estar configurada, en particular, en forma de un equipo de manipulación de materiales que trabaja en movimientos cíclicos, preferiblemente estacionario o cuasiestacionario, tal como, por ejemplo, en forma de una excavadora o una grúa, estando representando en el dibujo específicamente una excavadora cuya unidad de trabajo principal es una pinza 2, que está articulada al brazo de una pluma 3, pudiendo dicha pinza 2 ser movida y regulada mediante diversos actuadores hidráulicos. De una manera conocida per se, las mordazas de agarre de la pinza 2 se pueden mover juntas y la pinza 2 se puede rotar y/o bascular con respecto al brazo 3 mediante servoactuadores hidráulicos y desplazarse moviendo el propio brazo 3. La pluma 16 está articulada a una superestructura 4, que puede rotarse alrededor de un eje vertical por medio de un mecanismo de giro con respecto al tren de rodaje de la máquina de trabajo 1.

Sin embargo, en lugar de la excavadora de manipulación de materiales representada, la máquina de trabajo 1 también puede estar configurada en forma de otra excavadora, tal como, por ejemplo, una excavadora de movimiento de tierras, una excavadora de minería o una excavadora hidráulica de cable, pero también en forma de una grúa, tal como, por ejemplo, en forma de una grúa sobre orugas, una grúa móvil portuaria, una grúa de alta mar o una grúa de barco, o también en forma de otra máquina de construcción o máquina de movimiento de materiales que trabaje preferentemente en movimientos cíclicos.

Como ilustra la figura 1, la máquina de trabajo 1 comprende un accionamiento eléctrico primario 5, que presenta al menos un motor eléctrico 6 y acciona un tren de transmisión 7, al que puede estar conectado un accionamiento secundario, en particular en forma de accionamiento hidráulico. Por ejemplo, puede estar conectado un convertidor hidráulico en forma de bomba, tal como, por ejemplo, una bomba de disco oscilante o de pistones axiales regulable, aunque también pueden estar previstos otros convertidores y otras unidades de accionamiento secundarias. Dicho convertidor hidráulico del accionamiento hidráulico 8 puede suministrar presión hidráulica a los servoaccionadores anteriormente mencionados, por ejemplo en forma de cilindros hidráulicos, con el fin de poder efectuar los mencionados movimientos de ajuste de la máquina de trabajo.

El accionamiento eléctrico 5 puede ser alimentado con corriente o tensión eléctrica desde una red de suministro 9, no representada en detalle, en donde la red de suministro 9 puede ser una red fija a la que la excavadora está conectada a través de un cable o un generador accionado por un motor de combustión interna o una batería o acumulador de corriente suficientemente grande o una combinación de los mismos.

El motor eléctrico 6 es controlado por un dispositivo de control de motor 10, pudiendo presentar dicho dispositivo de control de motor 10 al menos un convertidor de frecuencia 11. Un dispositivo de detección de número de revoluciones 12 , por ejemplo en forma de un sensor de número de revoluciones, detecta el número de revoluciones del motor eléctrico 6 y/o del tren de transmisión 7 y proporciona al dispositivo de control de motor 10 una correspondiente señal de número de revoluciones de modo que el dispositivo de control de motor 10 pueda controlar el motor eléctrico 6 a través del convertidor de frecuencia 11 en función del número de revoluciones.

Ventajosamente, el motor eléctrico 6 no funciona en este sentido a una frecuencia constante como hasta ahora, sino que puede acelerarse hasta un número de revoluciones de funcionamiento nominal nnom o hasta un número de revoluciones máximo permitido nmáxy decelerarse hasta un número de revoluciones mínimo nmín, que puede ser mayor que cero.

El motor eléctrico 6 comprende, a este respecto, de manera conocida per se, un rotor, no representado en sí mismo, que puede tener una inercia relativamente grande, cuya energía cinética se obtiene conforme a la siguiente fórmula para un cuerpo inerte rotatorio:

E = / • J • w2

en donde E es la energía cinética, J es el momento de inercia de masa y w es la velocidad angular de la rotación del rotor. Como se conoce per se, es necesaria una energía para acelerar este rotor, mientras que, a la inversa, se libera energía cuando el cuerpo se desacelera en su rotación.

Debido a ello, el rotor del motor eléctrico 6 se puede utilizar como acumulador de volante de inercia. No es necesario ningún componente de almacenamiento cinemático adicional, aunque, no obstante, puede estar previsto y acoplado uno al motor eléctrico. El acumulador de energía 13 para almacenar temporalmente la energía recuperada del sistema de accionamiento puede estar constituido únicamente por el motor eléctrico 6 o su rotor.

Como muestra la figura 1 (a), en el modo de accionamiento normal, alimentado con energía externa, es decir, alimentado desde la red de suministro 9, el flujo de potencia que va desde el motor eléctrico 6 al tren de transmisión 7 puede ser generado por el motor eléctrico 6 proporcionando un par de torsión positivo y un número de revoluciones positivo. La energía eléctrica alimentada desde la red de suministro 9 es convertida por el motor eléctrico 6 en el par de torsión positivo mencionado y en el número de revoluciones correspondiente, teniendo lugar en este caso el control a través del convertidor de frecuencia 11. Este caso de accionamiento normal siempre se da cuando se realizan movimientos de aceleración y/o movimientos de trabajo en los que se efectúa trabajo físico. El motor eléctrico 6 puede funcionar, en este sentido, a un número de revoluciones constante, que puede ser, por ejemplo, de 1800 rpm. El convertidor hidráulico del accionamiento hidráulico 8 se acciona correspondientemente a través del tren de transmisión 7 y se efectúa el movimiento de ajuste.

En el caso de movimientos de frenado y/o arrastre, por ejemplo, cuando el mecanismo de giro frena la superestructura 4 o la pluma 3 se baja bajo la carga en la pinza 2, el par de torsión en el tren de transmisión 7 y, por lo tanto, en el árbol motor del motor eléctrico 6 se invierte y fluye potencia mecánica desde el tren de transmisión 7 de vuelta al motor eléctrico 6, véase la vista parcial (b) de la figura 1. En este modo de arrastre y/o frenado, el motor eléctrico 6 es controlado y/o regulado por el dispositivo de control de motor 10 de tal manera que el par de torsión eléctrico del motor eléctrico 6 se ponga esencialmente a cero siempre que se exceda el número de revoluciones nominal nnom, pero no se exceda un número de revoluciones máximo nmáx. Como puede verse en la figura 2, el número de revoluciones real proporcionado por el dispositivo de detección de número de revoluciones 12 se compara con un número de revoluciones de funcionamiento nominal nnom predeterminado y con un número de revoluciones máximo permitido nmáx igualmente predeterminado. Si el número de revoluciones real se sitúa por encima del número de revoluciones de funcionamiento nominal nnom pero por debajo del número de revoluciones máximo permitido nmáx, es decir, en un régimen de número de revoluciones de acumulador 14 según las especificaciones, que se identifica en la figura 3 como "marcha en vacío", el motor eléctrico 6 se hace funcionar sin par electromagnético, es decir, no funciona ni como motor ni como generador y esencialmente solo puede girar y acelerarse superando su par de fricción muy bajo y su inercia.

La energía que ha de almacenarse se puede reducir significativamente compensando una gran parte de las pérdidas relacionadas con el sistema en el intervalo del número de revoluciones de acumulador con la energía de realimentación. Puede tratarse de la potencia de arrastre de las unidades hidráulicas, la potencia de accionamiento de los ventiladores accionados hidráulicamente y/o la potencia perdida de los motores de accionamiento (fricción/ventilador).

Esto significa que el rotor del motor eléctrico 6 se acelera en el modo de frenado y/o arrastre anteriormente mencionado debido al par de torsión negativo del tren de transmisión 7 y la energía devuelta al motor eléctrico 6 desde el tren de transmisión 7 se convierte en energía cinética, que ahora se encuentra en la rotación del rotor del motor eléctrico 6, es decir, se almacena como energía cinética del rotor que actúa como acumulador de volante de inercia.

La inercia del motor eléctrico 6, en particular de su rotor, así como la ventana de número de revoluciones entre el número de revoluciones de funcionamiento nominal nnom y el número de revoluciones máximo permitido nmáx del motor eléctrico 6 se dimensionan ventajosamente, a este respecto, de tal manera que la máxima energía posible que es realimentada durante el funcionamiento normal de la máquina de trabajo 1 desde su tren de transmisión 7 al motor eléctrico 6 pueda ser absorbida por el motor eléctrico 5 y almacenada en forma de energía cinética, sin que el motor eléctrico 6 entre en este sentido en sobrevelocidad o se exceda el número de revoluciones máximo permitido nmáx.

Si la dirección del par de torsión gira nuevamente en el tren de transmisión 7, por ejemplo porque se va a efectuar nuevamente un movimiento de aceleración o se va a levantar una carga en la pinza 2, la energía almacenada cinéticamente en el motor eléctrico 6 se usa en primer lugar para accionar el tren de transmisión 7 en consecuencia. Antes de que el motor eléctrico 6 reciba nuevamente energía eléctrica desde la red de suministro 9, el rotor del motor eléctrico 6 se frena primero de nuevo a fin de utilizar la energía cinética almacenada temporalmente del acumulador de volante de inercia. En particular, el motor eléctrico 6 funciona sin suministro de potencia eléctrica siempre que el motor eléctrico 6 se encuentre por encima de su número de revoluciones de funcionamiento nominal nnom. El par electromagnético del motor eléctrico 6 es mantenido esencialmente a cero por el dispositivo de control de motor 10 siempre que el motor 6 se encuentre por encima de dicho número de revoluciones de funcionamiento nominal nnom, véase la figura 1, vista parcial (c).

Si la potencia requerida en el tren de transmisión 7 continúa, de modo que el motor eléctrico 6 se desacelera hasta bajar a dicho número de revoluciones de funcionamiento nominal nnom, ventajosamente se vuelve a impulsar activamente desde este instante y se suministra energía eléctrica desde la red de suministro 9. El dispositivo de control de motor 10 controla el motor eléctrico 6 en consecuencia a través del convertidor de frecuencia 10 y sube de nuevo el par electromagnético para poder proporcionar la potencia de accionamiento. El motor eléctrico 6 vuelve a generar un par de torsión positivo y alimenta energía al tren de transmisión 7 de la máquina, tal como se muestra en sí mismo en la representación parcial (c) de la figura 1.

Como muestra la figura 1, en la representación parcial (b), el número de revoluciones n creciente durante el modo de realimentación con el par electromagnético del motor eléctrico 6 apagado puede ser supervisado por dicho dispositivo de detección de número de revoluciones 12 y limitado por el dispositivo de control de motor 10. En particular, cuando se alcanza el número de revoluciones máximo permitido nmáx, el dispositivo de control de motor 10 puede encender nuevamente un par electromagnético en el motor, de modo que este funcione como generador y proporcione un par de torsión negativo o par de arrastre, véase la figura 3, y en la misma "modo generador", así como la figura 1, vista parcial (b), y en la misma la segunda parte de la curva de número de revoluciones y par de torsión con número de revoluciones constante y par de torsión negativo. El par electromagnético del motor eléctrico 6 es controlado en este sentido ventajosamente por el dispositivo de control de motor 10 de tal manera que se proporcione el par de frenado o de arrastre suficiente para que el número de revoluciones no exceda el número de revoluciones máximo permitido nmáx y el motor gire con esencialmente el número de revoluciones máximo permitido nmáx.

La potencia generada en este sentido del motor eléctrico 6 se puede disipar ventajosamente y convertir en calor a través de un interruptor de potencia electrónico, por ejemplo en forma de un chopper de frenado y de una resistencia de potencia o resistencia de frenado asociada al dispositivo de control de motor 10. Sin embargo, este dispositivo de frenado eléctrico únicamente tiene que estar previsto por razones de seguridad en el sentido de un dispositivo de frenado redundante y puede dimensionarse correspondientemente pequeño, ya que el número de revoluciones máximo no se excede en sí mismo en el funcionamiento normal y toda la energía realimentada se almacena temporalmente como cinética energía en el rotor giratorio.

El dispositivo de control de motor 10 está configurado ventajosamente de tal manera que se impide por completo una potencia inversa a la red de suministro 9. En este sentido, resultan superfluas especificaciones al respecto.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para hacer funcionar una máquina de trabajo (1), tal como, por ejemplo, un equipo de manipulación de materiales, que presenta un accionamiento eléctrico (5) con al menos un motor eléctrico (6) para accionar un tren de transmisión (7), en donde la energía de realimentación recuperada en un modo de arrastre y/o frenado, proporcionada desde el tren de transmisión (7) al motor eléctrico (6) es almacenada temporalmente, caracterizado por que, para almacenar temporalmente la energía de realimentación, el motor eléctrico (6) se utiliza como acumulador de volante de inercia, en donde un par de torsión y/o de arrastre electromagnético del motor eléctrico es controlado en función del número de revoluciones y es mantenido esencialmente a cero por un dispositivo de control de motor (10) en un régimen de número de revoluciones de acumulador (14) por encima de un número de revoluciones de funcionamiento nominal (nnom), tanto en un modo de arrastre y/o frenado, en el que hay un flujo de potencia desde el tren de transmisión (7) al motor eléctrico (6), como en un modo de accionamiento, en el que hay un flujo de potencia desde el motor eléctrico (6) al tren de transmisión (7).

2. Máquina de trabajo, en particular en forma de un equipo de manipulación de materiales que trabaja en movimientos cíclicos, tal como una excavadora o una grúa, con un accionamiento eléctrico (5) con al menos un motor eléctrico (6) para accionar un tren de transmisión (7) de la máquina de trabajo, así como con un sistema de almacenamiento de energía (13) para almacenar temporalmente la energía de realimentación recuperada en un modo de arrastre y/o frenado, proporcionada desde el tren de transmisión (7) al motor eléctrico (6), presentando el sistema de almacenamiento de energía (13) un acumulador de volante de inercia acoplado al motor eléctrico (6), estando previsto un dispositivo de control de motor (10) para controlar el par de torsión y/o de arrastre electromagnético del motor eléctrico (6) en función del número de revoluciones del motor, caracterizada por que el dispositivo de control de motor (10) está configurado para mantener esencialmente a cero el par de torsión y/o de arrastre electromagnético, en un régimen de número de revoluciones de acumulador (14) por encima de un número de revoluciones de funcionamiento nominal (nnom), tanto en un modo de arrastre y/o frenado, en el que hay un flujo de potencia desde el tren de transmisión (7) al motor eléctrico (6), como en un modo de accionamiento, en el que hay un flujo de potencia desde el motor eléctrico (6) al tren de potencia (7).

3. Máquina de trabajo según la reivindicación anterior, en donde el accionamiento eléctrico (5) está conectado a un accionamiento hidráulico (8) que presenta al menos un convertidor hidráulico que puede ser accionado por el motor eléctrico (6).

4. Máquina de trabajo según una de las dos reivindicaciones anteriores, en donde el acumulador de volante de inercia está constituido por el rotor del motor eléctrico (6) y/o el sistema de almacenamiento de energía (13) está completamente integrado en el motor eléctrico (6).

5. Máquina de trabajo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el motor eléctrico (6) con respecto a la inercia rotacional de su rotor y con respecto a una ventana de número de revoluciones entre dicho número de revoluciones de funcionamiento nominal (nnom) y un número de revoluciones máximo permitido (nmáx) está dimensionado de tal manera que la energía de realimentación que se produce como máximo durante el modo de trabajo normal de la máquina de trabajo (1 ) puede almacenarse temporalmente por completo como energía cinética en el motor eléctrico (6).

6. Máquina de trabajo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho régimen de número de revoluciones de acumulador (14) está delimitado por arriba por un número de revoluciones máximo permitido (nmáx) y el dispositivo de control de motor (10), en un régimen de número de revoluciones de frenado por encima del régimen de número de revoluciones de acumulador, en particular por encima del número de revoluciones máximo permitido (nmáx), ajusta el par de torsión y/o de arrastre electromagnético del motor eléctrico (6) a un par de frenado predeterminado.

7. Máquina de trabajo según la reivindicación anterior, en donde el dispositivo de control de motor (10) tiene asociado un interruptor de potencia de frenado electrónico, en particular un chopper de frenado, y/o una resistencia de frenado, a través del cual o de la cual se puede disipar la energía eléctrica generada por el motor eléctrico (6) en el régimen de número de revoluciones de frenado.

8. Máquina de trabajo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo de control de motor (10) está configurado de tal manera que se impide una realimentación de energía eléctrica a una red de suministro a la que está conectado el motor eléctrico (6).

9. Máquina de trabajo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde está previsto un dispositivo de detección de número de revoluciones (12 ) para detectar el número de revoluciones del motor eléctrico (6) y/o del tren de transmisión (7) y/o de una unidad de trabajo conectada al tren de transmisión (7) y el dispositivo de control de motor (10) controla el par de torsión y/o de arrastre electromagnético del motor eléctrico (6) en función de una señal del dispositivo de detección de número de revoluciones (12 ).

10. Máquina de trabajo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo de control de motor (10) presenta un convertidor de frecuencia (11 ) para controlar el motor eléctrico (6) y/o para controlar el par de torsión y/o de arrastre electromagnético del motor eléctrico (6).