ES2900245T3

ES2900245T3 - Inversor

Info

Publication number: ES2900245T3
Application number: ES18166805T
Authority: ES
Inventors: Eun-Woo Lee; Jung-Han Kim
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2018-04-11
Publication date: 2022-03-16
Anticipated expiration: 2038-04-11
Also published as: EP3522364A1; CN110112941A; JP6595034B2; JP2019134657A; KR102019827B1; CN110112941B; KR20190093270A; US10277143B1; EP3522364B1

Abstract

Un inversor proporcionado con un sistema de elevación (1), el inversor (3) que comprende: una unidad de escala (41) configurada para controlar un tamaño de una tensión de enlace de DC del inversor (3); un controlador proporcional integral (PI) (40) configurado para realizar control PI en una salida de la unidad de escala (41) y una tensión de salida del inversor (3) y generar una señal de control; una primera unidad de cálculo (42) configurada para sumar una salida de frecuencia de compensación de un compensador de deslizamiento (38) y una frecuencia de comando del inversor (3); una segunda unidad de cálculo (43) configurada para sumar una salida de la primera unidad de cálculo (42) y la señal de control; y una unidad de determinación de tensión (32) configurada para determinar una tensión de salida del inversor (3) a partir de una frecuencia de salida de la segunda unidad de cálculo (43).

Description

DESCRIPCIÓN

Inversor

Antecedentes

1. Campo Técnico

La presente descripción se refiere a un inversor.

2. Descripción de la Técnica Relacionada

En general, un polipasto significa un aparato mecánico que tiene la función de levantar un objeto pesado mediante el uso de un motor. Se usa a menudo para un polipasto un motor de inducción capaz de introducir directamente la energía del sistema.

Cuando un motor de inducción montado en un aparato de elevación se acciona directamente mediante el uso de energía comercial, se produce una gran corriente de irrupción y se acorta la vida útil del motor de inducción. Además, dado que el motor de inducción se controla a una sola velocidad, el inversor se usa generalmente para accionar el motor de inducción.

Un inversor es un tipo de dispositivo que recibe energía suministrada desde una fuente de energía comercial y suministra la energía a un motor al variar una tensión y una frecuencia del mismo, lo que de esta manera controla la velocidad de un motor con alta eficiencia.

Cuando el inversor se usa para un aparato de elevación, el motor de inducción puede accionarse a una velocidad deseada mediante el uso de una función de frecuencia variable de tensión variable (VVVF) de un inversor, y por tanto puede evitarse una corriente de irrupción.

Cuando el inversor se monta en el aparato de elevación para accionar el motor de inducción a una velocidad de varios niveles, el motor de inducción puede accionarse a una velocidad del motor dividida en una velocidad baja y una velocidad alta, o a una velocidad del motor controlada por un usuario mediante el uso de un método de operación de dos etapas o tres etapas.

Dado que una fuerza contraelectromotriz aumenta a medida que aumenta la velocidad del motor de inducción, se necesita una tensión de accionamiento más alta. Sin embargo, cuando el aparato de elevación se acciona a alta velocidad, la tensión de entrada del inversor se reduce debido a un mal funcionamiento del sistema, la salida de tensión del inversor también disminuye. En consecuencia, el motor de inducción puede no accionarse a la velocidad deseada.

Además, cuando la tensión de entrada del inversor se reduce cuando un polipasto contiene un objeto, se genera un disparo del inversor y, por lo tanto, puede ocurrir un accidente cuando cae el objeto que se contiene. Los documentos WO-A-03/044939, EP-A-3193444 y CN-A-102291085 se refieren a un controlador V/f para un motor de inducción que tiene en cuenta el valor del enlace de DC en el lazo de regulación.

Resumen

Es un objeto de la presente descripción proporcionar un inversor que pueda levantar un objeto a una velocidad ligeramente inferior a la velocidad deseada, en lugar de dejar caer un objeto o detener una operación, incluso cuando la tensión de entrada del inversor en un aparato de elevación disminuye, lo que de esta manera mejora la comodidad del usuario y previene accidentes.

Los objetos de la presente descripción no se limitan a los objetos descritos anteriormente y otros objetos y ventajas pueden apreciarse por los expertos en la técnica a partir de las siguientes descripciones. Además, se apreciará fácilmente que los objetos y ventajas de la presente descripción pueden llevarse a la práctica por los medios que se mencionan en las reivindicaciones adjuntas y sus combinaciones.

La presente invención se define por las características de la reivindicación independiente. Las modalidades beneficiosas preferentes de las mismas se definen mediante las características secundarias de las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista esquemática de un sistema de elevación que adopta un inversor de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La Figura 2 es un diagrama de bloques de una configuración detallada de un inversor de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

La Figura 3 es un gráfico para explicar que una unidad de determinación de tensión de la Figura 2 determina una tensión correspondiente a una frecuencia de entrada.

La Figura 4 es una vista detallada de un ejemplo de una unidad de escala de la Figura 2.

La Figura 5 es un gráfico para explicar una operación de un inversor de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

Descripción detallada

Los objetos, características y ventajas anteriores se harán evidentes a partir de la descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos. Las modalidades se describen con suficiente detalle para permitir a los expertos en la técnica poner en práctica fácilmente la idea técnica de la presente descripción. Pueden omitirse descripciones detalladas de funciones o configuraciones bien conocidas para no oscurecer innecesariamente la esencia de la presente descripción. En lo sucesivo, las modalidades de la presente descripción se describirán en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. A lo largo de los dibujos, los numerales de referencia similares se refieren a elementos similares.

Si bien pueden usarse términos como "primero", "segundo", etc., para describir varios componentes, tales componentes no deben limitarse a los términos anteriores. Los términos anteriores se usan solamente para distinguir un componente de otro. Por ejemplo, sin apartarse del alcance verdadero de la presente descripción, un "primer elemento constituyente” puede denominarse como un “segundo elemento constituyente”, y de manera similar, el "segundo elemento constituyente” puede denominarse como el "primer elemento constituyente”. Además, una expresión usada en forma singular en la presente especificación también incluye la expresión en su forma plural a menos que se especifique claramente de cualquier otra manera en el contexto. A menos que se defina de cualquier otra manera, todos los términos usados en la presente descripción, incluidos los términos técnicos o científicos, tienen los mismos significados que los entendidos generalmente por los expertos en la técnica a los que puede pertenecer la presente descripción.

En la siguiente descripción, se describe un inversor de acuerdo con una modalidad de la presente descripción con referencia a las Figuras 1 a 5.

La Figura 1 es una vista esquemática de un sistema de elevación 1 que adopta un inversor 3 de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

Como se ilustra en el dibujo acompañante, el cual ilustra una o más modalidades ilustrativas, en el sistema de elevación 1, un cable de acero 4 se libera o se enrolla mediante la operación de un motor de inducción 2 para elevar en una caja de control 6, y por tanto un gancho 5 se mueve hacia arriba o hacia abajo. En consecuencia, un objeto contenido por el gancho 5 se sube o baja.

Cuando el motor de inducción 2 montado en el sistema de elevación 1 se acciona directamente por energía comercial, se genera una gran corriente de irrupción cuando se le aplica energía comercial y, por lo tanto, la vida útil de un motor 2 puede acortarse y el motor de inducción 2 puede no controlarse a una sola velocidad. En consecuencia, el sistema de elevación 1 se proporciona con el inversor 3 y, por lo tanto, el inversor 3 realiza el suministro de energía. Cuando se suministra energía al motor 2 por el inversor 3, mediante un método de control de frecuencia variable de tensión variable (VVVF) del inversor 3, el motor 2 puede accionarse a una velocidad deseada y puede evitarse una corriente de irrupción.

Cuando, en el sistema de elevación 1, el motor 2 se acciona por el inversor 3 a una velocidad de varios niveles, el motor de inducción puede accionarse a una velocidad del motor dividida en una velocidad baja y una velocidad alta, o a una velocidad del motor controlada por un usuario mediante el uso de un método de operación de dos etapas o tres etapas que puede establecerse por el usuario. Con este fin, el sistema de elevación 1 puede proporcionarse además con una interfaz hombre-máquina (HMI) conectada al inversor 3 a través de una red.

En general, dado que una fuerza contraelectromotriz aumenta a medida que aumenta la velocidad, el motor 2 necesita una tensión de accionamiento mayor. Cuando un motor se acciona a alta velocidad y una tensión de entrada del inversor 3 disminuye debido a un mal funcionamiento del sistema, la tensión que debe generarse del inversor 3 también disminuye y, por lo tanto, el motor 2 puede no operarse a la velocidad deseada. Además, dado que se aplica la misma frecuencia al motor 2 incluso cuando se reduce la tensión de entrada del inversor 3, se genera una sobrecarga en el motor 2 y, por lo tanto, puede detenerse un objeto contenido por el gancho 5 que puede caer o levantarse hacia arriba/abajo.

En consecuencia, la presente descripción proporciona un método para levantar un objeto hacia arriba/abajo a una velocidad ligeramente inferior a la velocidad deseada sin que el objeto caiga o para detener el levantamiento hacia arriba/abajo incluso cuando la tensión de entrada del inversor 3 disminuye. En consecuencia, la presente descripción puede mejorar la comodidad del usuario y la estabilidad del sistema.

En una modalidad de la presente descripción, el motor 2 y el inversor 3 se ilustran brevemente, la presente descripción no se limita a las disposiciones y formas del motor 2 y el inversor 3, y puede configurarse diversamente de acuerdo con la estructura del sistema de elevación 1.

La Figura 2 es un diagrama de bloques de una configuración detallada de un inversor 3 de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

Como se ilustra en el dibujo acompañante, el cual ilustra una o más modalidades ilustrativas, el inversor 3 de acuerdo con la modalidad de la presente descripción puede incluir un generador de frecuencia 31, una unidad de determinación de tensión 32, convertidores primero a cuarto 33 a 36, un potenciador de torque 37, un compensador de deslizamiento 38, un controlador proporcional integral (PI) 40, una unidad de escala 41, unidades de cálculo primera a cuarta 42 a 45, y un sensor 46.

El generador de frecuencia 31 puede generar una frecuencia de comando que es una velocidad del motor 2 establecida por un usuario. La unidad de determinación de tensión 32 puede determinar una tensión correspondiente a una frecuencia de entrada.

La Figura 3 es un gráfico para explicar que la unidad de determinación de tensión 32 de la Figura 2 determina una tensión correspondiente a una frecuencia de entrada.

Como se ilustra en el dibujo acompañante, el cual ilustra una o más modalidades ilustrativas, la unidad de determinación de tensión 32 de acuerdo con la modalidad de la presente descripción puede determinar una tensión de salida correspondiente a una frecuencia de entrada mediante el método de control VVVF.

En la Figura 2, el primer convertidor 33 puede convertir una tensión del eje Q VqseREF de un bastidor de referencia síncrono que es una salida de la tercera unidad de cálculo 44, a una tensión del eje Q de un bastidor de referencia estacionario, y el segundo convertidor 34 puede convertir una tensión del eje Q de un bastidor de referencia estacionario a una tensión trifásica. La salida de tensión trifásica del segundo convertidor 34 puede introducirse en el motor 2 como una salida del inversor 3.

El sensor 46, como un transformador de corriente (CT) por ejemplo, puede detectar una salida de corriente desde el inversor 3 al motor 2.

El tercer convertidor 35 puede convertir la salida de corriente trifásica del inversor 3 al motor 2 y detectada por el sensor 46, en una corriente del eje Q de un bastidor de referencia estacionario, y el cuarto convertidor 36 puede convertir la corriente del eje Q de un bastidor de referencia estacionario a una corriente del eje Q de un bastidor de referencia síncrono.

Cuando el primer convertidor 33 convierte una tensión del eje Q de un bastidor de referencia síncrono a un bastidor de referencia estacionario y el cuarto convertidor 36 convierte la corriente del eje Q de un bastidor de referencia estacionario a un bastidor de referencia síncrono, el primer convertidor 33 y el cuarto convertidor 36 pueden realizar la transformación del sistema de coordenadas mediante el uso de un valor (ángulo) obtenido al integrar una frecuencia de entrada que es una entrada de la unidad de determinación de tensión 32, por un integrador 39. Una ecuación de

transformación n y f i que son cantidades físicas de un bastidor de referencia estacionario para n y _i f _c e

que son cantidades físicas del bastidor de referencia síncrono es como sigue.

[Ecuación 1]

fd = f d cos9 + fqSenG

fq = - f ls e n O f qscosd

0 = f cogdt ai

En este estado, y e pueden indicar una frecuencia de entrada aplicada a la unidad de determinación de tensión 32.

El potenciador de torque 37 se proporciona para resolver un problema que ocurre cuando una frecuencia es baja y se aplica una tensión baja a la inductancia de magnetización del motor 2 debido a una caída de tensión por la resistencia de un estator del motor 2, y por lo tanto una corriente baja puede fluir en un rotor y puede no generarse un torque grande. El potenciador de torque 37 puede determinar una tensión de compensación de acuerdo con la cantidad de corriente del eje Q y proporcionar una tensión de compensación determinada a la tercera unidad de cálculo 44. El torque puede aumentarse de acuerdo con la tensión de compensación.

Una tensión de compensación Vejadora determinada por el potenciador de torque 37 puede determinarse de acuerdo con la siguiente ecuación.

[Ecuación 2]

u _ T j w ^sl,nominal w f qs

* elevadora ~ ''nominal ^ 7

* nom inal *nominal

En la ecuación, Vnominal indica una tensión nominal, Inominal indica una corriente nominal, Fnominal indica una frecuencia nominal, Fsl, nominal indica una frecuencia de deslizamiento nominal, Iqs indica una corriente del eje Q proporcionada por el cuarto convertidor 36.

El compensador de deslizamiento 38 puede recibir una corriente del eje Q desde el cuarto convertidor 36 y determinar una frecuencia de compensación de acuerdo con el tamaño de una corriente del eje Q. En general, cuando se aplica una carga al motor 2, la frecuencia de un rotor del rotor del motor 2 disminuye, y una frecuencia reducida se denomina como una frecuencia de deslizamiento. El tamaño de una frecuencia de deslizamiento es proporcional al tamaño de una carga y el tamaño de una carga es aproximadamente proporcional a la cantidad de corriente. En consecuencia, el compensador de deslizamiento 38 puede compensar para la salida de frecuencia del generador de frecuencia 31 al determinar la frecuencia de compensación como en la Ecuación 3.

[Ecuación 3]

r ^p comp ~ ^— r ^P sl,nominal ^v * , ^H

*nominal

En la ecuación, Fcomp indica una frecuencia de compensación.

La unidad de escala 41 puede recibir una tensión de enlace de DC del inversor 3 y convertir el tamaño de la tensión de enlace de DC en una tensión máxima que puede generarse del inversor 3. El inversor 3 recibe energía comercial 7, y un rectificador 48 rectifica la energía comercial 7 y almacena una tensión rectificada en un capacitor de enlace de DC (no mostrado). Un medidor de tensión 47 del enlace de DC de acuerdo con una modalidad de la presente descripción puede medir una tensión del enlace de DC almacenado en el capacitor del enlace de DC y proporcionar la tensión del enlace de DC almacenado a la unidad de escala 41.

La Figura 4 es una vista detallada de un ejemplo de la unidad de escala 41 de la Figura 2.

Como se ilustra en el dibujo acompañante, el cual ilustra una o más modalidades ilustrativas, la unidad de escala 41 de acuerdo con la presente modalidad de la presente descripción puede incluir un primer multiplicador 411 y un segundo multiplicador 412.

VDC

va"

Un valor máximo de modulación lineal del inversor 3 es .En consecuencia, el primer multiplicador 411 puede r' O C J ¡ _

v3 v3

generarse al multiplicar una tensión de enlace de DC de entrada por .

El segundo multiplicador 412 puede generarse al multiplicar una salida del primer multiplicador 411 por una ganancia K para un ajuste fino. "K" puede ser un valor establecido por un usuario que considera el margen debido a la caída de tensión en un dispositivo interno del inversor 3, y es un valor menor que 1.

La cuarta unidad de cálculo 45 puede recibir una salida de la unidad de escala 41 y un comando de tensión del eje Q, y deducir el comando de tensión del eje Q de la salida de la unidad de escala 41. Dado que en el control V/F, un comando de tensión del eje D es 0, el comando de tensión del eje Q es el mismo que la tensión de salida del inversor 3.

El controlador PI 40 puede recibir una salida de la cuarta unidad de cálculo 45 y generar una señal de control. En detalle, el controlador PI 40 puede integrar la salida de tensión del enlace de DC de la cuarta unidad de cálculo 45 y una señal de error del comando de tensión del eje Q (es decir, la salida de la cuarta unidad de cálculo 45), y generar un valor de control proporcional integral con relación al error.

La operación del inversor 3 de acuerdo con una modalidad de la presente descripción se describe más abajo.

La cuarta unidad de cálculo 45 puede generar un valor obtenido al deducir el comando de tensión del eje Q (tensión de salida del inversor) de un valor de escalado de la tensión del enlace de DC medido por el medidor de tensión del enlace de DC 47 (salida de la unidad de escala 41), y proporcionar el valor al controlador PI 40.

En este estado, cuando la tensión de entrada del inversor 3 disminuye debido a una operación anormal de la energía comercial 7, la tensión del enlace de DC medido por el medidor de tensión del enlace de DC 47 disminuye. En consecuencia, cuando la salida de la unidad de escala 41 es menor que el comando de tensión del eje Q que es la tensión de salida del inversor, la señal de control de salida del controlador PI 40 puede ser negativa.

Cuando una suma de la frecuencia de comando que es la salida del generador de frecuencia 31 y una frecuencia de deslizamiento de compensación que es la salida del compensador de deslizamiento 38 se determinan por la primera unidad de cálculo 42, y la señal de control de salida del controlador PI 40 y la salida de la primera unidad de cálculo 42 se suman por la segunda unidad de cálculo 43 y se determina una frecuencia de salida, la unidad de determinación de tensión 32 puede determinar un tensión de salida correspondiente a una frecuencia de salida de la segunda unidad de cálculo 43. La tensión de salida determinada como anteriormente puede convertirse en una tensión trifásica mediante el primer y segundo convertidor 33 y 34 y aplicarse al motor 2.

En otras palabras, la frecuencia de salida aplicada a la unidad de determinación de tensión 32 disminuye mediante una señal de control negativa del controlador PI 40. En consecuencia, a medida que disminuye la tensión de salida, la tensión aplicada al motor 2 puede disminuirse mediante el patrón V/f como se muestra en la Figura 3 también.

En consecuencia, de acuerdo con la presente modalidad de la presente descripción, la tensión de salida del inversor 3

VBC

vT

puede controlarse dentro de .

La Figura 5 es un gráfico para explicar una operación de un inversor de acuerdo con una modalidad de la presente descripción. Un canal 15A indica una tensión de entrada de un inversor. Un canal 25B indica una salida del generador de frecuencia 31. Un canal 3 5C indica una salida de la segunda unidad de cálculo 43. Un canal 4 5D indica una corriente de salida del eje Q del inversor 3.

Puede verse en el canal 1 que, incluso cuando la tensión de entrada del inversor 3 se reduce a una tensión de 187 V menor que una tensión nominal de 220 V (5A), la salida del generador de frecuencia 31 se mantiene constante (5B).

La frecuencia de salida de la segunda unidad de cálculo 43 disminuye mediante la señal de control de salida del controlador PI 40 de la presente descripción (5C). En consecuencia, puede verse que la frecuencia de salida es menor que la frecuencia de comando generada por el generador de frecuencia 31.

Puede verse del comando de corriente del eje Q del canal 4 que, cuando la tensión de entrada del inversor 3 disminuye, la corriente del eje Q del inversor 3 aumenta debido a la sobrecarga del motor 2. De acuerdo con una modalidad de la presente descripción, la corriente del eje Q se mantiene a un cierto nivel.

En otras palabras, de acuerdo con el inversor 3 de la presente descripción, la frecuencia de salida se reduce sin un aumento en la corriente del eje Q debido a la falta de tensión a alta velocidad y, por lo tanto, la frecuencia de salida se controla para ajustarse a la tensión de entrada del inversor 3, lo que permite de esta manera una operación suave.

Como tal, de acuerdo con una modalidad de la presente descripción, incluso cuando la tensión de entrada del inversor 3 se reduce anormalmente, la frecuencia de salida se controla automáticamente de modo que el sistema de elevación 1 pueda levantar un objeto. Por tanto, puede asegurarse la estabilidad del sistema y puede proporcionarse comodidad al usuario.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un inversor proporcionado con un sistema de elevación (1), el inversor (3) que comprende:

una unidad de escala (41) configurada para controlar un tamaño de una tensión de enlace de DC del inversor (3);

un controlador proporcional integral (PI) (40) configurado para realizar control PI en una salida de la unidad de escala (41) y una tensión de salida del inversor (3) y generar una señal de control;

una primera unidad de cálculo (42) configurada para sumar una salida de frecuencia de compensación de un compensador de deslizamiento (38) y una frecuencia de comando del inversor (3);

una segunda unidad de cálculo (43) configurada para sumar una salida de la primera unidad de cálculo (42) y la señal de control; y

una unidad de determinación de tensión (32) configurada para determinar una tensión de salida del inversor (3) a partir de una frecuencia de salida de la segunda unidad de cálculo (43).
2. El inversor de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la unidad de escala (41) comprende un primer

v i

multiplicador (411) configurado para multiplicar la tensión del enlace de DC por y generar una resultante de la multiplicación.
3. El inversor de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la unidad de escala (41) comprende además un segundo multiplicador (412) configurado para multiplicar una salida del primer multiplicador (411) por una ganancia K que es menor que 1 y generar una resultante de la multiplicación.
4. El inversor de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además:

un primer convertidor (33) configurado para convertir una tensión del eje Q de un bastidor de referencia síncrono que es una salida de la unidad de determinación de tensión (32), a una tensión del eje Q de un bastidor de referencia estacionario; y

un segundo convertidor (34) configurado para convertir una tensión del eje Q de un bastidor de referencia estacionario a una tensión trifásica.
5. El inversor de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además:

un potenciador de torque (37) configurado para determinar una tensión de compensación para compensar un torque de acuerdo con un tamaño de una corriente de salida del inversor (3); y

el compensador de deslizamiento (38) configurado para determinar la frecuencia de compensación para compensar un deslizamiento de acuerdo con el tamaño de la corriente de salida del inversor (3).
6. El inversor de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la tensión de compensación y la frecuencia de compensación son proporcionales al tamaño de la corriente de salida.
7. El inversor de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende, además:

un tercer convertidor (35) configurado para convertir la corriente de salida trifásica del inversor (3) a una corriente del eje Q de un bastidor de referencia estacionario; y

un cuarto convertidor (36) configurado para convertir la corriente de salida del eje Q de un bastidor de referencia estacionario a una corriente del eje Q de un bastidor de referencia síncrono.
8. El inversor de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende además una tercera unidad de cálculo (44) configurada para sumar la salida de tensión de compensación del potenciador de torque (37) y una salida de la unidad de determinación de tensión (32).
9. El inversor de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, además:

un rectificador (48) configurado para recibir y rectificar una energía comercial; y

un medidor de tensión (47) configurado para medir la tensión del enlace de DC rectificado por el rectificador (48) y almacenado en un capacitor de enlace de DC.