ES2907753T3 - Adaptación de la deceleración de un motor en función de una tensión rectificada media - Google Patents

Abstract

Procedimiento de adaptación de una deceleración de un motor (100) alimentado por un variador de velocidad (102), comprendiendo el variador de velocidad una pluralidad de al menos N células de potencia de baja tensión (101) conectadas en serie, siendo N mayor o igual a 1, caracterizado porque el procedimiento comprende las siguientes operaciones durante un periodo de deceleración del motor: - determinación (507) de al menos una tensión motor media durante un período determinado, en función de los valores de tensiones motor medidos en los bornes del motor durante el período dado; - en función de la tensión motor media determinada, determinar (508) un valor de tensión rectificada medio, en el que la tensión rectificada corresponde a una tensión obtenida a la salida de un rectificador de cada célula de potencia; - adaptación (509) de la deceleración del motor en función del valor de la tensión rectificada medio.

Description

DESCRIPCIÓN

Adaptación de la deceleración de un motor en función de una tensión rectificada media

Campo técnico de la invención

La invención se refiere al control de la alimentación eléctrica de un dispositivo como un motor y, en particular, al control de la tensión de comando de un variador de velocidad de un motor.

Estado de la técnica

Según una topología de potencia de un variador de velocidad, la alta tensión se proporciona conectando en serie varios convertidores de baja tensión (denominados “células de potencia” o “power cell”) en el variador. El comando de estas células de potencia proporciona una tensión de muchos niveles o multinivel, en el que cada célula de potencia va añadiendo tensión para conseguir niveles de tensión sucesivos.

Se entiende por baja tensión, según las normas europeas, las tensiones comprendidas entre 0 y 1000 voltios en el régimen de tensión alterna y entre 0 y 1500 voltios en el régimen de tensión continua. Se entiende por alta tensión como tensiones superiores a 1.000 voltios en el régimen de tensión alterna y superiores a 1.500 voltios en el régimen de tensión continua.

Un variador de baja tensión puede tener una estructura similar, pero con una sola célula de potencia.

La desaceleración consiste en una transferencia de energía de un sistema mecánico (eje del rotor del motor y carga motriz) a un sistema eléctrico (capacidades del variador de velocidad). La suma de las derivadas temporales de las energías eléctrica y mecánica del sistema (y, por tanto, las potencias correspondientes) es, por tanto, igual a la inversa de la potencia perdida por el sistema.

Cuando el motor es el actuador de una carga motriz o inercial, en la fase de deceleración se produce una de las siguientes situaciones:

- La potencia mecánica suministrada es mayor que las pérdidas eléctricas totales, y es necesario disipar el exceso de energía. La energía eléctrica puede ser devuelta a la red eléctrica, al variador de velocidad o, alternativamente, se puede utilizar una resistencia de frenado para disipar térmicamente la energía eléctrica. En baja tensión, se puede colocar una resistencia de frenado en serie fuera del variador de velocidad, entre el variador de velocidad y el motor. En media/alta tensión, una resistencia de este tipo es inutilizable ya que sería demasiado voluminosa;

- la potencia mecánica suministrada es inferior a las pérdidas eléctricas totales (funcionamiento del motor);

- la potencia mecánica suministrada es igual a las pérdidas eléctricas (pérdidas totales nulas).

Por lo tanto, el motor proporciona potencia de frenado y no es necesario disipar la energía.

Para gestionar una fase de desaceleración, existen varias estrategias. Durante la desaceleración, el motor puede cambiar al modo generador y enviar energía eléctrica de vuelta al variador. La tensión de cada célula de energía aumenta, y debe ser controlado para evitar dañar o incluso destruir las capacidades de las células de energía.

Por lo tanto, la mayoría de las estrategias se basan en la medición de las tensiones del bus de corriente continua CC. Estas tensiones corresponden a las tensiones rectificadas a la entrada de cada una de las células de potencia del variador de velocidad. En estas soluciones, las tensiones rectificadas se realimentan y la variable de comando del variador de velocidad se convierte en el par de salida del motor. Por ejemplo, fijando la tensión máxima del bus de CC en 800 V, hace falta desacelerar el motor hasta cerca de este valor y la tensión rectificada se regula entonces por debajo de este valor, disminuyendo el par del motor.

Sin embargo, es engorroso y costoso medir dichas tensiones rectificadas en cada una de las células de potencia. Las soluciones pasan por ajustar el tiempo de deceleración a un valor muy alto, sin acceder a estas tensiones, para no sobretensionar las capacidades de las células de potencia, evitando así dañarlas. Sin embargo, esto da lugar a una desaceleración extremadamente lenta del motor, que no es aceptable en el marco de algunas aplicaciones. El documento US10008937 describe un procedimiento para adaptar una deceleración de un motor según el preámbulo de la reivindicación 1 y un dispositivo de comando para adaptar la deceleración de un motor según el preámbulo de la reivindicación 11.

Por lo tanto, existe la necesidad de desacelerar un motor rápidamente, sin sistemas de disipación de energía y protegiendo las capacidades de las células de potencia del variador de velocidad.

La presente invención resuelve los inconvenientes mencionados anteriormente.

Exposición de la invención

Un primer aspecto de la invención se refiere a un procedimiento de adaptación de una deceleración de un motor alimentado por un variador de velocidad, comprendiendo el variador de velocidad una pluralidad de al menos N células de potencia de baja tensión conectadas en serie, siendo N mayor o igual a 1, comprendiendo el procedimiento las siguientes operaciones durante un periodo de deceleración del motor:

determinación de al menos una tensión motor media durante un período determinado en función de los valores de tensión motor medidos en los bornes del motor durante el período determinado;

en función de la tensión motor media determinada, determinar un valor de la tensión rectificada medio, en el que la tensión rectificada corresponde a una tensión obtenida a la salida de un rectificador de cada célula de potencia;

adaptación de la deceleración del motor al valor de la tensión rectificada medio.

Así, la invención permite acceder a la tensión rectificada (un valor medio) sin necesidad de sensores en cada célula de potencia.

Según una realización, la determinación del valor de la tensión rectificada medio es una función de la tensión motor media, de una tensión motor de referencia y de una tensión rectificada de referencia, siendo la tensión motor de referencia derivada de un comando recibido en la entrada del variador de velocidad y siendo la tensión rectificada de referencia un valor por defecto.

Esta realización permite un acceso rápido al valor de la tensión rectificada medio.

En variante, el procedimiento puede comprender la determinación de al menos una tensión motor de referencia, la tensión motor de referencia puede ser realimentada a la tensión motor media medida generando una tensión motor de corrección, obteniéndose una tensión motor de control a partir de la tensión motor de referencia y la tensión de corrección, la tensión rectificada media puede obtenerse a partir de la tensión motor media, la tensión motor de control y una tensión rectificada de referencia, siendo la tensión rectificada de referencia un valor por defecto.

Esta realización permite acceder al valor de la tensión rectificada medio mientras se realimenta la tensión motor de referencia.

Según una realización, la adaptación de la desaceleración comprende comparar la tensión rectificada media con al menos un umbral predefinido, y modificar un par aplicado al motor en función de un resultado de la comparación. De este modo, se optimiza el control de la deceleración del motor.

Además, el umbral puede estar predefinido en función de una tensión máxima de las capacidades de las células de potencia del variador de velocidad.

Así, esta realización permite asegurar la protección de las células de potencia.

Según una realización, la adaptación de la desaceleración puede comprender la sustitución, durante un período posterior, de una tensión rectificada de referencia por la tensión rectificada media para determinar las órdenes de comando de las células de potencia del variador de velocidad, siendo la tensión rectificada de referencia un valor por defecto.

De este modo, se optimiza el control de las células de potencia durante la realización de las tensiones motor.

Según una realización, el período dado puede ser igual a un período de muestreo de una entrada de tensión motor de referencia al variador de velocidad.

Esta sincronización facilita la determinación de la tensión rectificada media.

Según una realización, el variador de velocidad puede comprender 3*N células de potencia, con tres fases que comprenden cada una N células de potencia conectadas en serie, las salidas respectivas de cada fase pueden estar conectadas en estrella o en triángulo al motor eléctrico.

Además, los órdenes de comando para las células de potencia pueden determinarse a partir de una tensión motor de referencia y a partir de una tensión de estrategia adicional común a las tres fases, determinándose la tensión de estrategia adicional para minimizar un número de conmutación de interruptores de las células de potencia.

De este modo, se puede minimizar el número de conmutaciones de interruptores de las células de potencia sin modificar las tensiones aplicadas al motor.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un programa de ordenador ejecutable por un procesador y que comprende instrucciones para, cuando es ejecutado por el procesador, llevar a cabo los etapas de un procedimiento según el primer aspecto de la invención.

Un tercer aspecto de la invención se refiere a un dispositivo de comando para adaptar la deceleración de un motor alimentado por un variador de velocidad, el variador de velocidad comprende N células de potencia de baja tensión conectadas en serie, siendo N mayor o igual a 1. El dispositivo de comando comprende:

una unidad configurada para, durante un período de desaceleración del motor, determinar al menos una tensión motor media durante un período dado en función de los valores de tensiones motor medidos en los bornes del motor durante el período dado;

una unidad configurada para determinar, a partir de la tensión motor media determinada, un valor de tensión rectificada medio, en el que la tensión rectificada corresponde a una tensión obtenida a la salida de un rectificador de cada célula de potencia;

una unidad configurada para adaptar la deceleración del motor en función del valor de la tensión rectificada medio.

Breve descripción de las figuras

A modo de ejemplo solamente, las realizaciones de la invención se describirán con referencia a los dibujos, entre los cuales:

[FIG. 1] - La figura 1 ilustra un sistema de control de la alimentación de un motor eléctrico según una realización de la invención;

[FIG. 2] - La figura 2 ilustra la estructura de un dispositivo de comando según las realizaciones de la invención;

[FIG. 3] - La figura 3 ilustra la estructura de las unidades del dispositivo de comando según las realizaciones de la invención;

[FIG. 4] - La figura 4 ilustra la sincronización entre la realización de las tensiones motor y el cálculo de la tensión rectificada media del variador de velocidad, según diferentes realizaciones de la invención;

[FIG. 5] - La figura 5 es un diagrama que ilustra las etapas de un proceso según las realizaciones de la invención.

Descripción detallada

La figura 1 presenta un sistema de alimentación de un motor eléctrico 100, como un motor de inducción, alimentado por una alimentación variable trifásica.

El variador de velocidad 102 comprende un transformador 111 que recibe una alimentación trifásica variable de la red 110. El secundario del transformador 111 está conectado a una etapa de potencia del variador de velocidad 102. El transformador 111 puede ser un transformador de bobinado múltiple para suministrar tensiones a varias células de potencia, descritas a continuación.

La etapa de potencia del variador de velocidad 102 puede comprender una o más células de potencia de baja tensión 101. En el caso de que el motor reciba una alimentación trifásica, el variador de velocidad 102 comprende 3*N células de potencia, con N células de potencia dedicadas a cada fase, siendo N mayor o igual a 1.

En el caso en que N sea 1, el variador de velocidad 102 es un variador de baja tensión.

Cada célula de potencia 101 recibe como entrada la alimentación trifásica del secundario del transformador 111 y puede comprender un rectificador (no mostrado en la figura 1) como entrada, estando el rectificador adaptado para rectificar la alimentación variable trifásica recibida para proporcionar una tensión continua. La tensión rectificada obtenida para cada célula de potencia 101 también se denomina tensión del bus de corriente continua CC, o tensión del bus. El rectificador puede comprender un puente de diodos, un puente de tiristores o cualquier otro sistema conocido para rectificar tensiones variables trifásicas. El rectificador de entrada es, pues, un convertidor CA/CC. Cada célula de potencia comprende entonces una capacidad capaz de implementar un filtrado capacitivo intermedio. A la salida del rectificador, cada célula de potencia 101 puede comprender un ondulador para generar una señal de modulación por amplitud de pulsos PWM (de “Pulse Width Modulation”). Un ondulador de este tipo puede comprender un puente en H con cuatro interruptores comandados dos s dos. Un sistema de electrónica de potencia que utiliza este principio de tensión recortada aplica al motor 120, por fase, una tensión proporcional a una o varias tensiones rectificadas. Por término medio, la proporción aplicada corresponde a la relación entre la tensión de comando y la tensión rectificada de referencia (definida a continuación). El funcionamiento de un puente H es bien conocido y no se describirá con más detalle en la presente solicitud.

Los interruptores de una célula de potencia 101 son controlados por una célula de comando 103 de la célula de potencia 101.

El sistema comprende además un dispositivo de comando 120 adaptado para controlar la alimentación eléctrica del motor 100. Para ello, el dispositivo de comando 120 puede comandar las células de comando 103 de las células de potencia 101. El dispositivo de comando 120 puede comandar además los interruptores 105 para que permitan poner en serie un subconjunto de las N células de potencia de cada fase. En variante, estos interruptores son comandados por el dispositivo de comando 120 a través de las células de comando 103.

Las células de comando 103 pueden recibir órdenes de comando del dispositivo de comando 120 desde el cual las células de comando 103 pueden aplicar una proporción, o ciclo de trabajo, a la tensión rectificada comandando los interruptores del puente H. Los interruptores del puente H pueden ser transistores del tipo transistores bipolares de puerta aislada IGBT (“Insulated Gate Bipolar Transistor” “Transistores Bipolares de Puerta Aislada” ). La ventaja de los transistores tipo IGBT es que tienen una alta velocidad de conmutación.

Las tensiones trifásicas que alimentan el motor 100 se obtienen así sumando las tensiones de salida PWM de las células de potencia 101 para las que los interruptores 105 están cerrados.

Otras funciones del dispositivo de comando se detallarán con referencia a las figuras 2 a 4.

La figura 2 presenta un dispositivo de comando 120 según algunas realizaciones de la invención.

El dispositivo de comando 120 comprende para ello una pluralidad de unidades dedicadas a funciones complementarias según la invención. Cada unidad puede implementarse en software, con al menos un procesador y una memoria, o mediante un conjunto monolítico de componentes electrónicos programados para una función determinada, como un microprocesador o un ASIC, por ejemplo. En variante, un único procesador o un único conjunto monolítico está configurado para implementar todas las funciones complementarias del dispositivo de comando 120 según la invención.

El dispositivo de comando 120 recibe como entrada un comando de velocidad (en particular un comando de deceleración en el contexto de la invención) que es procesada por una unidad de cálculo de la tensión motor de referencia 201, configurada para calcular las tensiones motor de referencia a partir del comando de velocidad. Las tensiones motor de referencia pueden representarse mediante un vector V123REF de tres tensiones, V1REF, V2REF y V3REF (una para cada fase).

A partir de las tensiones motor de referencia V123REF, una unidad de cálculo de la tensión motor de control 202 está configurada para calcular las tensiones motor de control. Las tensiones motor de control pueden representarse mediante un vector V123CONTROL de tres tensiones denominadas V1CONTROL, V2CONTrOl y V3CONTROL. Además, según la invención, la unidad 202 está adaptada para recibir las tensiones motor medias desde la unidad 205 descrita a continuación. Las tensiones motor medias pueden representarse mediante un vector V123MEAS de tres tensiones denominadas V1MEAS, V2MEAS y V3MEAS.

Sobre la base de una comparación entre las tensiones motor de referencia V123REF y las tensiones motor medias V123MEAS, la unidad 202 puede determinar las tensiones motor de corrección motor representadas por un vector V123CORRECTION de tres valores de corrección V1CORRECTION, V2CORRECTION y V3CORRECTION.

El dispositivo de comando 120 comprende además una unidad de cálculo 203 de órdenes de comando de topología hash.

La unidad 203 determina primero las tensiones de comando, representadas por el vector V123COMMAND de tres tensiones V1COMMAND, V2COMMAND y V3COMMAND sobre la base de las tensiones de control V123CONTROL. Tras determinar las tensiones de comando, la unidad 203 puede tener en cuenta además una tensión motor de estrategia VSTRATEGY que es un valor de tensión correspondiente a un punto neutro eléctrico del motor, lo que permite la implementación de diferentes estrategias de conmutación PWM.

Añadir el mismo valor de VSTRATEGY a todas las fases del variador de velocidad no afecta a las tensiones aplicadas al motor. En efecto, cada fase del variador de velocidad 102 proporciona un potencial Vi, donde i es el índice de la fase, y las tensiones aplicadas al motor son compuestas en función de los potenciales Vi.

En el caso de una conexión en estrella (cuya arquitectura es conocida y no se describe más), anotando Ui como una de las tensiones aplicadas al motor, obtenemos

Así, el valor Ui es invariable a un valor VSTRATEGY que se sumaría a los tres valores de salida V1, V2 y V3.

En el caso de una conexión en triángulo, al considerar Ui como una de las tensiones aplicadas al motor, obtenemos: Ui = Vi -Vj, en la que j es un índice de fase diferente de i;

De nuevo, el valor Ui es invariable a un valor VSTRATEGY que se sumaría a los tres valores de salida V1, V2 y V3.

Así, en los casos de conexiones en estrella como en triángulo, la adición del valor VSTRATEGY da un grado de libertad para aplicar una estrategia dedicada a diferentes objetivos, como maximizar una amplitud de tensión de bobina (tensión compuesta a la salida del inversor), minimizar las conmutaciones, etc.

A continuación, la unidad 203 calcula los órdenes de comando a partir de la tensión rectificada de cada célula de potencia 101, que es la tensión que luego es cortada por el puente H de la célula de potencia 101. Sin embargo, como se ha indicado anteriormente, dicha tensión rectificada no se mide directamente en el marco de la invención, y se utiliza inicialmente una tensión rectificada de referencia VBUSDRIVE emitida de una unidad de determinación de la tensión de referencia 204 para calcular los órdenes de comando.

Por ejemplo, a partir de las tensiones de comando V123COMMAND y de la tensión rectificada de referencia VBUSDRIVE, que es un valor por defecto, la unidad 203 determina las relaciones de modulación representadas como un vector m123 que comprende los valores m1, m2 y m3. Estas relaciones de modulación se comparan con las portadoras triangulares para determinar las siguientes órdenes de conmutación. Cada relación de modulación m1, m2 y m3 puede cambiar su valor N veces en un periodo de portadora.

A partir de las relaciones de modulación, la unidad 203 determina además las órdenes de conmutación de los interruptores de puente H de las células de potencia 101, estando las órdenes de conmutación representadas por un vector T123, que comprende las órdenes t 1, T2 y T3 respectivamente para cada una de las tres fases. Las órdenes Ti son vectores de conmutación, y cada componente del vector corresponde a una célula de potencia de la rama i. Cada uno de los N componentes del vector de conmutación Ti puede obtenerse comparando el vector de conmutación mi con la correspondiente portadora triangular correspondientes a la fase i.

Los órdenes de comando también pueden incluir órdenes para activar/desactivar los interruptores 105 de las células de potencia.

La unidad 203 está configurada además para transmitir los órdenes de comando utilizados para controlar los interruptores 105, con el fin de activar o desactivar algunas de las células de potencia previamente desactivadas/activadas, y/o para comandar las células de comando 103 de las células de potencia activas 101, con el fin de realizar las tensiones de salida PWM de las células de potencia.

Las tensiones son entonces realizadas en la práctica por las células de potencia activa 101 del variador de velocidad 102, y las tensiones realizadas están representadas por un vector V123REALIZED, que comprende las tensiones V1REALIZED, V2REALIZED y V3REALIZED correspondientes a las tres fases respectivas.

El dispositivo de comando 120 comprende además una unidad de cálculo de las tensiones motor medias 205. La unidad 205 es capaz de recibir medidas continuas, o discretas a una frecuencia determinada, de las tensiones aplicadas al motor. A partir de las mediciones de la tensión motor recibidas durante un período dado, la unidad 205 determina las tensiones motor medias durante el período dado representadas por un vector V123MEAS que comprende las tensiones V1MEAS, V2MEAS y V3MEAS para las tres fases respectivas. Dicho periodo puede ser fijo o variable. Por ejemplo, el período utilizado para promediar las tensiones motor puede calcularse a partir de un período de muestreo de las tensiones motor de referencia V123REF, lo que es tecnológicamente más factible que medir las tensiones motor muestreadas en función de los tiempos característicos de la etapa de potencia (el cálculo de las tensiones motor de referencia y la realización de las tensiones por la etapa de potencia están sincronizados). Para ello, la figura 4 ilustra la sincronización entre el cálculo de las tensiones motor medias y la realización de las tensiones por la etapa de potencia.

La figura 4 presenta un caso con cinco células de potencia para una fase del variador de velocidad.

Las curvas 401.1 a 401.5 representan las señales triangulares básicas utilizadas por la unidad 203 para generar las órdenes de conmutación T123 comparando las relaciones de modulación mi (m1, m2 o m3) y las señales triangulares. Cada señal triangular corresponde a una de las células de potencia de la fase. Esta comparación con el fin de determinar las órdenes de conmutación T123 de un puente H de una célula de potencia es bien conocida y no se describirá más. Las señales triangulares son valores de tensiones que evolucionan con el tiempo (en abcisa). Se representan los períodos sucesivos Tk a Tk+5, que corresponden a una quinta parte del período 402 de las señales triangulares. Dicho periodo puede corresponder a una duración por cual, por término medio, se extrae la misma potencia activa de cada uno de los tres brazos del variador de velocidad. En el periodo Tk+1:

- las tensiones de referencia, V123REF, de control V123CONTROI y de comando V123COMMAND y las órdenes de comando T123 se calculan a partir de las tensiones motor medias y de la tensión rectificada media del periodo Tk ;

- los órdenes de comando T123 calculados en la etapa anterior Tk se aplican a las células de potencia para realizar las tensiones ;

- las tensiones motor media y la tensión rectificada media se calculan a lo largo de toda la etapa Tk+1 para ser utilizadas en la siguiente etapa Tk+2.

Así, la frecuencia de muestreo de las tensiones motor de referencia V123REF puede corresponder a la frecuencia de realización de las tensiones PWM (frecuencia de las señales triangulares que permitan realizar la modulación PWM en las células de potencia 101). Dicha frecuencia puede ser fija o variable. Por ejemplo, los factores que influyen en la frecuencia de muestreo pueden ser:

- protección térmica de la etapa de potencia en función del estado térmico del variador de velocidad 102;

- la protección de los puentes H de las células de potencia 101, que comprenden interruptores IGBT, ajustándose la frecuencia PWM en función de las temperaturas de unión de los interruptores IGBT;

- al pasar un comando trifásico al comando bifásico; y/o

- aplicando un componente aleatorio a la frecuencia PWM para reducir el ruido.

El dispositivo de comando 120 comprende además una unidad de cálculo de la tensión rectificada media 206, adaptada para calcular un valor de tensión rectificada media VBUS a partir de las tensiones motor medias. A continuación se dan, a modo de ilustración, dos realizaciones de calcular la tensión rectificada media.

Primera realización:

Según la primera realización, las tensiones motor de referencia V123REF se aplican sin correcciones relacionadas con las tensiones medias medidas V123MEAS. Por lo tanto, no se tienen en cuenta las tensiones de corrección V123CORRECTION. Según esta primera realización, la tensión rectificada media VBUS se calcula además a partir de las tensiones motor de referencia y de la tensión rectificada de referencia, como se muestra en los cálculos que se detallan a continuación.

Las relaciones de equilibrio entre las diferentes tensiones del sistema según la primera realización son:

V123CONTROL=V123REF (no se aplican las tensiones de corrección V123CORRECTION);

V123CORRECTION=V123REF-V123MEAS (este cálculo es opcional, ya que las tensiones de corrección de V123CORRECTION no se utilizan)

V123COMMAND = V123 CONTROL (V123COMPENSATION+VSTRATEGY);

V123COMPENSATION es un vector de compensación que comprende tres componentes V1COMPENSATION, V2COMPENSATION y V3COMPENSATION; dicho vector permite compensar las caídas intrínsecas a los componentes de potencia, señaladas en adelante VDROP. Estas caídas de tensión se producen en los interruptores IGBT, en los diodos y también debido a los tiempos muertos introducidos para evitar cortocircuitos en el ondulador. Alternativamente, como los valores de compensación son de poca amplitud, pueden despreciarse a media y alta tensión (a velocidades medias y altas).

V123COMMAND/ VBUSDRIVE = m123 ;

m123 * VBUS - V123DROP = V123REAUZED ;

(VBUS es la tensión rectificada media a determinar y V123DROP es un vector de tres componentes V1DROP, V2DROP y V3DROP que representa la caída de tensión en la etapa de potencia para cada una de las tres fases)

V123MEAS = V123REALIZED - VNO ;

VNO es un valor de tensión correspondiente al punto neutro de la unidad de medida. Dicho valor puede conocerse de antemano, por ejemplo, mediante calibración.

A partir de las relaciones de equilibrio anteriores, se obtienen las siguientes relaciones

V123CORRECTION =V123REF-V123MEAS;

V123COMMAND = V123REF (V123COMPENSATION VSTRATEGY);

m123 = V123REF / VBUSDRIVE (V123COMPENSATION VSTRATEGY) /

VBUSDRIVE;

V123REALIZED = V123REF * gV (V123COMPENSATION VSTRATEGY) * gV -V123DROP;

V123MEAS = V123REF * gV (V123COMPENSATION VSTRATEGY) * gV -V123DROP - VNO;

(siendo gV la relación VBUS/VBUSDRIVE que se determinará al final del proceso según la invención).

Definiendo oV = (V123COMPENSACIÓN VSTRATEGIA) * gV -V123DROP - VNO, las relaciones anteriores se simplifican a:

V123MEAS = V123REF*gV oV ;

V123CONTROL = V123REF (funcionamiento de la unidad 202 según la primera realización);

V123CORRECTION = (1-gV) * V123REF - oV.

oV puede considerarse como un desplazamiento, representativo de las imperfecciones de la etapa de potencia. Si se compensan las imperfecciones, oV se acerca a 0.

En este caso, gV = V123MEAS/V123REF, y el valor de VBUS puede así ser determinado.

La relación presentada anteriormente para acceder a gV es la relación entre la amplitud del vector V123MEAS y la amplitud del vector V123REF.

Por ejemplo, se pueden considerar las transformaciones de tipo Clarke que permitan transformar un vector trifásico en un vector bifásico (a menudo señalado como (alfa, beta)).

El vector trifásico puede transformarse así en los siguientes componentes

V1 = V cos( wt - phi) VN;

V2 = V cos( wt - phi - 2 pi/3 ) VN;

V3 = V cos( wt- phi - 4 pi/3 ) VN.

En un sistema bifásico

Valpha = Vcos(w t- phi);

Vbeta = V sen (wt - phi)

A partir de este sistema bifásico, se pueden deducir las coordenadas polares

V_amplitud = V (que corresponde a la amplitud a la cual se hace referencia con respecto a gV)

V_phase = w t-p h i.

Segunda realización:

Según la segunda realización, la unidad 202 regula las tensiones motor medidas V123MEAS a las tensiones motor de referencia V123REF, calculando las tensiones motor de corrección V123CORRECTION, aplicando la unidad 203 las tensiones motor de corrección V123CORRECTION al determinar las tensiones de control V123CONTROL. Según la segunda realización, la tensión rectificada media VBUS se calcula como en el primer modo (es decir, sobre la base de las tensiones motor medidas V123MEAS y las tensiones motor de referencia V123REF), o sustituyendo las tensiones motor medias V123MEAS o las tensiones motor de referencia V123REF por las tensiones motor de corrección V123CORRECTION o por las tensiones de comando V123COMMAND, como se detalla en los cálculos siguientes.

Las relaciones de equilibrio se escriben

V123REF = V123MEAS;

V123CONTROL = V123REF V123CORRECTION ;

V123COMMAND = V123CONTROL V123COMPENSATION VSTRATEGY

V123COMMAND / VBUSDRIVE = m123 ;

m123 * VBUS - V123DROP = V123REAUZED

V123MEAS = V123REALIZED - VNO.

Sea

V123MEAS = V123REF;

V123CONTROL = V123REF V123CORRECTION;

V123COMMAND = V123REF V123CORRECTION V123COMPENSATION VSTRATEGY;

m123 = V123REFA/BUSDRIVE (V123CORRECTION V123COMPENSATION VSTRATEGY) / VBUSDRIVE;

V123REALIZED = V123REF * gV (V123CORRECTION V123COMPENSATION VSTRATEGY) * gV - V123DROP - VNO

Definiendo oV de la misma manera que para la primera realización, las relaciones se simplifican a :

V123CORRECTION = (V123REF*(1-gV) - oV) / gV ;

V123MEAS = V123REF;

V123CONTROL = V123REF/gV-oV/gV.

En el caso de que el offset oV sea nulo, es decir, que las imperfecciones de la etapa de potencia estén perfectamente compensadas, se obtiene: gV = V123MEAS/V123CONTROL, con lo que se puede determinar el valor de VBUS.

Una vez determinada la tensión rectificada media VBUS, según cualquiera de las realizaciones de la invención, la tensión rectificada media VBUS puede ser utilizada por la unidad 204 en sustitución de la tensión rectificada de referencia VBUSDRIVE para el período siguiente. Por ejemplo, la tensión VBUS puede sustituir a la tensión rectificada de referencia VBUSDRIVE en una memoria de la unidad 204.

En función del valor de la tensión rectificada media VBUS, el par motor puede ser controlado para controlar la deceleración. Por ejemplo, las tensiones motor de la referencia V123REF pueden ser conducidas por una unidad 207. Por ejemplo, si la tensión rectificada media VBUS está por debajo de un primer umbral th1, se puede aumentar la deceleración del motor. Si la tensión rectificada media se encuentra entre el primer umbral th1 y un segundo umbral th2, siendo el segundo umbral th2 una tensión límite aceptable para las capacidades de las células de potencia 101, la deceleración puede reducirse progresivamente para no reinyectar la energía que ya no puede ser almacenada o disipada. Si la tensión rectificada media es mayor que th2, el variador de velocidad 102 deja de comandar el motor para proteger el variador de velocidad 102.

Los valores th1 y th2 pueden ser predeterminados. En variante o adicionalmente, la comparación del valor de la tensión rectificada media de VBUS puede compararse con los umbrales th1 y th2 para controlar la frecuencia de alimentación del dispositivo eléctrico.

La figura 3 ilustra la estructura de las unidades del dispositivo de comando según una realización de la invención. Cada una de las unidades mostradas anteriormente con referencia a la figura 2 puede comprender la estructura ilustrada en la figura 3. Alternativamente, cada una de estas unidades, o algunas de ellas, pueden tener la forma de un circuito electrónico dedicado a realizar su propia función. Dicho circuito electrónico dedicado puede ser un microcontrolador o un ASIC monolítico configurado para su propia función.

La unidad comprende un procesador 300 capaz de comunicarse bidireccionalmente, a través de buses, con una memoria 301 como una memoria viva RAM, una memoria muerta ROM, una memoria flash, un disco duro y/o cualquier tipo de medio de almacenamiento. El procesador 300 es capaz de ejecutar instrucciones para realizar su propia función. La unidad comprende además una interfaz de entrada 302 y una interfaz de salida 303 para comunicarse con las demás entidades del dispositivo de comando, recibir mediciones de tensión y transmitir/recibir comandos.

La unidad puede comprender además una base de datos para almacenar los datos utilizados para realizar la función que es propia de la unidad.

En una variante, el procesador 300 puede realizar las funciones del conjunto de las unidades 201 a 207 descritas anteriormente con referencia a la figura 2.

La figura 5 es un diagrama que ilustra las etapas de un proceso según varias realizaciones de la invención.

Las etapas 501 a 509 se realizan en un periodo actual consecutivo a un periodo anterior.

En una etapa 501, la unidad 201 recibe una tensión motor media a emitido de las mediciones realizadas durante el período anterior, como se detalla con referencia a la figura 2.

Paralelamente, en la etapa 502, la unidad 201 puede calcular las tensiones motor de referencia V123REF, como se detalla con referencia a la figura 2.

En una etapa 503, la unidad 202 determina las tensiones de control V123CONTROL, según la primera realización (recopiando las tensiones motor de referencia V123REF) o según la segunda realización de la invención (teniendo en cuenta las tensiones de corrección V123CORRECTION).

En una etapa 504, la unidad 203 puede utilizar las tensiones VSTRATEGY y V123COMPENSATION para determinar las tensiones de comando V123COMMAND a partir de las tensiones de control V123CONTROL, siendo esta etapa opcional, las tensiones de comando V123COMMAND pueden derivarse directamente de las tensiones de control V123CONTROL.

En una etapa 505, la unidad 203 determina los órdenes de comando para la etapa de potencia T123, como se ha detallado anteriormente.

Las órdenes de comando T123 se transmiten entonces a las tres ramas de la etapa de potencia para la realización de las tensiones motor V123REALIZED en una etapa 506.

En una etapa 507, al recibir las mediciones de la tensión motor, la unidad 205 determina las tensiones motor medias V123MEAS, como se ha detallado anteriormente. Las tensiones motor medias determinadas V123MEAS pueden utilizarse en la etapa 501 de un período siguiente consecutivo a la fase actual.

En una etapa 508, la tensión rectificada media VBUS puede ser determinada por la unidad 206 como se ha detallado anteriormente. La tensión rectificada media VBUS puede sustituir a la tensión rectificada de referencia VBUSDRIVE en la unidad 204.

En una etapa 509, el control del motor se adapta en función de la tensión rectificada media VBUS. Por ejemplo, dicho control puede comprender la sustitución de la tensión rectificada de referencia VBUSDRIVE por la tensión rectificada media VBUS y/o la modificación de la frecuencia del motor o de las tensiones motor de referencia V123REF por parte de la unidad 207 (vuelta a la etapa 502 para el siguiente periodo), o bien modificando el par del motor.

Aunque la presente invención se ha descrito anteriormente con referencia a realizaciones particulares, la invención no se limita en modo alguno a las formas descritas. La invención sólo está limitada por lo que se define en las reivindicaciones y otras realizaciones distintas de las descritas anteriormente puedan entrar en el alcance de las reivindicaciones.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de adaptación de una deceleración de un motor (100) alimentado por un variador de velocidad (102), comprendiendo el variador de velocidad una pluralidad de al menos N células de potencia de baja tensión (101) conectadas en serie, siendo N mayor o igual a 1, caracterizado porque el procedimiento comprende las siguientes operaciones durante un periodo de deceleración del motor:

- determinación (507) de al menos una tensión motor media durante un período determinado, en función de los valores de tensiones motor medidos en los bornes del motor durante el período dado;

- en función de la tensión motor media determinada, determinar (508) un valor de tensión rectificada medio, en el que la tensión rectificada corresponde a una tensión obtenida a la salida de un rectificador de cada célula de potencia;

- adaptación (509) de la deceleración del motor en función del valor de la tensión rectificada medio.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la determinación (508) del valor de la tensión rectificada medio es una función de la tensión motor media, de una tensión motor de referencia y de una tensión rectificada de referencia, siendo la tensión motor de referencia obtenida de un comando recibido como entrada al variador de velocidad (102) y siendo la tensión rectificada de referencia un valor por defecto.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el procedimiento comprende determinar (502) al menos una tensión motor de referencia, en el que la tensión motor de referencia se realimenta a la tensión motor media medida generando una tensión motor de corrección, obteniéndose una tensión motor de control a partir de la tensión motor de referencia y la tensión de corrección, en el que la tensión rectificada media se obtiene a partir de la tensión motor media, la tensión motor de control y una tensión rectificada de referencia, siendo la tensión rectificada de referencia un valor por defecto.

4. Un procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la adaptación (509) de la deceleración comprende comparar la tensión rectificada media con al menos un umbral predefinido, y modificar un par aplicado al motor en función de un resultado de la comparación.

5. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que el umbral está predefinido en función de una tensión máxima de las capacidades de las células de potencia del variador de velocidad (102).

6. Un procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la adaptación de la desaceleración comprende sustituir, durante un período posterior, una tensión rectificada de referencia por la tensión rectificada media para determinar las órdenes de comando de las células de potencia (101) del variador de velocidad (102), siendo la tensión rectificada de referencia un valor por defecto.

7. Un procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el período dado es igual a un período de muestreo de una tensión motor de referencia en la entrada del variador de velocidad (102).

8. Un procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el variador de velocidad comprende 3*N células de potencia, con tres fases que comprenden cada una N células de potencia conectadas en serie, en las que las respectivas salidas de cada fase están conectadas en estrella o en triángulo al motor eléctrico.

9. Un procedimiento según la reivindicación 8, en el que las órdenes de comando de las células de potencia se determinan a partir de una tensión motor de referencia y a partir de una tensión de estrategia adicional común a las tres fases, determinándose la tensión de estrategia adicional para minimizar un número de conmutaciones de interruptores de las células de potencia.

10. Un programa de ordenador ejecutable por un procesador (300) y que comprende instrucciones para, cuando es ejecutado por el procesador, llevar a cabo las etapas de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Dispositivo de comando para la adaptación de la deceleración de un motor (100) alimentado por un variador de velocidad (102), comprendiendo el variador de velocidad N células de potencia de baja tensión (101) conectadas en serie, siendo N mayor o igual a 1, caracterizado porque el dispositivo de comando comprende:

- una unidad (205) configurada para, durante un período de deceleración del motor, determinar al menos una tensión motor media durante un período dado en función de los valores de tensión motor medidos en los bornes del motor durante el período dado;

- una unidad (206) configurada para determinar, en función de la tensión motor media determinada, un valor de tensión rectificada medio, en el que la tensión rectificada corresponde a una tensión obtenida a la salida de un rectificador de cada célula de potencia;

- una unidad (204; 207) configurada para adaptar la deceleración del motor en función del valor de la tensión rectificada medio.