ES2908263T3 - Procedimiento de control de un motor eléctrico que incluye una secuencia de identificación del transformador - Google Patents

Procedimiento de control de un motor eléctrico que incluye una secuencia de identificación del transformador Download PDF

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Abstract

Procedimiento de control de un motor eléctrico (M), implementado en un variador de velocidad (SD), estando dicho variador de velocidad (SD) conectado al motor eléctrico a través de un transformador (TR) que comprende un primario y un secundario, estando dicho primario del transformador conectado a las fases de salida del variador de velocidad y estando dicho secundario del transformador conectado a dicho motor eléctrico, que consiste en: - Ejecutar una secuencia de identificación del transformador (TR) para determinar al menos datos de ganancia (ki) representativos de una transferencia realizada por el transformador (TR); - Generar un módulo de transferencia (M4) a partir de dichos datos de ganancia determinados; - Determinar una secuencia de arranque del motor eléctrico (M) a implementar por el variador de velocidad (SD) ejecutando dicho módulo de transferencia (M4) en una trayectoria de corriente de referencia, caracterizado porque dicha secuencia de identificación comprende: - Una generación de un perfil de tensión que comprende una frecuencia variable para definir varios puntos sucesivos de funcionamiento de frecuencia (ωst_i); - Para cada punto de funcionamiento de frecuencia (ωst_i), una primera medición de la corriente (Ip_i) y/o de la tensión (Vp_i) en el primario del transformador y una segunda medición de la corriente (Is_i) y/o de la tensión (Vs_i) en el secundario del transformador respectivamente; - Una determinación de la ganancia entre el primario y el secundario del transformador para cada punto de funcionamiento en frecuencia.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de control de un motor eléctrico que incluye una secuencia de identificación del transformador
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a un procedimiento de control de un motor eléctrico implementado en un variador de velocidad. La invención también se refiere a un sistema de control de un motor eléctrico.
Estado de la técnica
En algunas aplicaciones, hay un transformador entre la salida de un variador de velocidad y el motor eléctrico controlado por el variador. Esto es especialmente cierto en el caso de las aplicaciones para el control de bombas tipo ESP (bombas sumergibles), en las que se suele utilizar un motor de media tensión. En este caso, si el variador de velocidad utilizado es de baja tensión, se requiere un transformador elevador a la salida del variador.
En la actualidad, en una configuración de este tipo en la que el motor eléctrico es de inducción o síncrono de imanes permanentes, un procedimiento de arranque específico como el descrito en la solicitud de patente EP2963802A1 consiste en aplicar una trayectoria de corriente y una trayectoria de frecuencia predefinidas como entrada para permitir acoplar el rotor. Esta secuencia de arranque funciona muy bien cuando la inercia de la aplicación controlada por el motor eléctrico no es muy elevada.
En el caso de una inercia elevada, el par acelerador debe tenerse en cuenta en el cálculo de la referencia de corriente o del tiempo de rampa de aceleración. Sin embargo, esto no es suficiente para garantizar un arranque apropiado. A bajas frecuencias del estator, la ganancia del transformador es muy baja y la corriente en el secundario no genera suficiente par para acoplar el motor. Por encima de una determinada frecuencia del estator, la corriente puede llegar a ser suficiente para arrancar el motor, pero no permite estabilizar la velocidad real del mismo. En ese caso, se producen oscilaciones de velocidad y de par.
Una solución consiste en aumentar el umbral de corriente de referencia aplicado a la entrada para que el rotor se acople a una velocidad inferior y el nivel de corriente estabilice el motor. Sin embargo, en este caso, la corriente aplicada al final del recorrido de arranque es muy elevada, lo que puede provocar daños en el motor eléctrico conectado al secundario del transformador o en el propio transformador.
En general, garantizar el arranque en todas las condiciones (baja o alta inercia) requiere añadir sensores de corriente en el lado del motor para regular la corriente en el secundario del transformador y proporcionar una solución de regulación específica en el variador de velocidad para tener en cuenta los datos de estos sensores.
La solicitud de patente US2015/002059 describe una solución para controlar un motor eléctrico conectado a un variador de velocidad a través de un transformador.
El objetivo de la invención es, por tanto, proporcionar un procedimiento de control de un motor eléctrico conectado a un variador de velocidad a través de un transformador, dicho procedimiento permite arrancar el motor eléctrico con un mínimo de oscilaciones de velocidad y de par, limitando el nivel de corriente aplicado para no dañar el motor eléctrico y evitando la adición de sensores en el lado del motor.
Descripción de la invención
Este objetivo se consigue mediante un procedimiento de control de un motor eléctrico, implementado en un variador de velocidad, estando dicho variador de velocidad conectado al motor eléctrico a través de un transformador que tiene un primario y un secundario, estando dicho primario del transformador conectado a las fases de salida del variador de velocidad y dicho secundario del transformador conectado a dicho motor eléctrico, comprendiendo dicho procedimiento:
- Ejecutar una secuencia de identificación del transformador para determinar los datos de ganancia representativos de una transferencia realizada por el transformador;
- Generar un módulo de transferencia a partir de dichos datos de ganancia determinados;
- Determinar una secuencia de arranque del motor eléctrico a implementar por el variador de velocidad mediante la ejecución de dicho módulo de transferencia en una trayectoria de corriente de referencia.
- Una generación de un perfil de tensión que comprende una frecuencia variable para definir varios puntos de funcionamiento de frecuencia sucesivos;
- Para cada punto de funcionamiento en frecuencia, una primera medición de la corriente y/o la tensión en el lado primario del transformador y una segunda medición de la corriente y/o la tensión en el lado secundario del transformador, respectivamente;
- Una determinación de la ganancia entre el primario y el secundario del transformador para cada punto de funcionamiento en frecuencia.
Según una particularidad, el perfil de tensión tiene una amplitud fija o una amplitud variable, lograda por un bucle de regulación de corriente.
Según otra particularidad, los puntos de operación en frecuencia pueden ser definidos cada uno por un paso de frecuencia distinto de un perfil de frecuencia que tiene una pluralidad de pasos sucesivos, o pueden ser definidos cada uno en una rampa de variación de frecuencia lineal.
Según otra particularidad, la generación del módulo de transferencia consiste en determinar una función inversa de la función de transferencia del transformador o en crear una tabla de correspondencia.
Según una particularidad, dicha secuencia de identificación se ejecuta para determinar también datos de desplazamiento de fase representativos de la transferencia realizada por el transformador.
La invención también se refiere a un sistema de control para un motor eléctrico, estando dicho motor eléctrico controlado por un variador de velocidad, estando dicho variador de velocidad conectado al motor eléctrico a través de un transformador que comprende un primario y un secundario, estando dicho primario del transformador conectado a las fases de salida del variador de velocidad y dicho secundario del transformador conectado a dicho motor eléctrico, comprendiendo dicho sistema de control una unidad de procesamiento y control así como:
- Un módulo de identificación del transformador configurado para ser ejecutado por la unidad de procesamiento y control para determinar datos de ganancia representativos de una transferencia realizada por el transformador; - Un módulo de análisis configurado para generar un módulo de transferencia a partir de dichos datos de ganancia y desplazamiento de fase determinados;
- Dicho módulo de transferencia está configurado para ser ejecutado en una trayectoria de corriente de referencia para determinar una secuencia de arranque del motor eléctrico que debe implementar el variador de velocidad. El módulo de identificación incluye un módulo para generar un perfil de tensión que comprende una frecuencia variable para definir una pluralidad de puntos de funcionamiento en frecuencia sucesivos.
El sistema comprende un primer módulo de adquisición, para cada punto de funcionamiento en frecuencia, para una medición de la corriente y/o de la tensión en el primario del transformador y un segundo módulo de adquisición para la corriente y/o la tensión en el secundario del transformador respectivamente.
El módulo de análisis está configurado para determinar una ganancia y un desplazamiento de fase entre el primario y el secundario del transformador para cada punto de funcionamiento en frecuencia.
Según otra particularidad, el módulo de transferencia comprende una función inversa de dicha función de transferencia del transformador o una tabla de correspondencia.
Según otra particularidad, el módulo de identificación está configurado para determinar también datos de desplazamiento de fase representativos de la transferencia realizada por el transformador.
Breve descripción de las figuras
Otras características y ventajas se desprenderán de la siguiente descripción detallada en relación con los dibujos adjuntos en los que:
- La figura 1 muestra una representación esquemática de una instalación de control de un motor eléctrico, que incluye el sistema de control de la invención;
- La figura 2 ilustra esquemáticamente el principio de funcionamiento del sistema de control de la invención; - Las figuras 3A y 3B ilustran el principio de la secuencia de identificación implementada en la invención según dos formas alternativas de la invención;
- La figura 4 ilustra esquemáticamente el principio de generación del módulo de transferencia utilizado en el sistema de control de la invención;
- La figura 5 ilustra esquemáticamente el principio de funcionamiento de la secuencia de arranque implementada por el sistema de control de la invención;
- Las figuras 6A y 6B muestran dos ejemplos de perfiles seguidos de la frecuencia para la implementación del procedimiento de identificación de la invención;
- Las figuras 7A y 7B ilustran el principio de una secuencia de arranque convencional;
- Las figuras 8A y 8B ilustran el principio de una secuencia de arranque modificada por la solución de la invención.
Descripción detallada de al menos una realización
La invención se aplica a un sistema de control para un motor eléctrico, que comprende:
- Un variador de velocidad SD destinado a controlar el motor eléctrico M y que comprende, en particular, una etapa de inversor INV destinada a convertir una tensión continua en una tensión variable a aplicar al motor eléctrico M; el variador de velocidad 1 se muestra aquí como trifásico;
- Un transformador TR conectado a las fases de salida (tres fases, referenciadas 1, 2, 3) del variador SD. El transformador TR tiene un primario (índice p) al que se conectan las fases de salida del variador de velocidad SD y un secundario (índice s);
- Un motor eléctrico M conectado al secundario del transformador TR; El motor eléctrico M puede ser de cualquier tipo, síncrono o asíncrono, siendo el procedimiento de la invención independiente del tipo de motor conectado.
El variador de velocidad SD comprende una unidad de procesamiento y control UC destinada a aplicar una ley de control LC que permite determinar, teniendo en cuenta por ejemplo una consigna de velocidad de entrada, las tensiones que deben aplicarse al motor eléctrico M durante el funcionamiento normal del motor y las órdenes de control CTL que deben aplicarse a la etapa del inversor INV para obtener estas tensiones de salida.
El variador de velocidad puede comprender una etapa rectificadora de entrada REC, destinada a convertir una tensión alterna suministrada por la red eléctrica N en una tensión de corriente continua. También puede incluir un bus de alimentación de corriente continua conectado a la etapa rectificadora REC, por un lado, y a la etapa inversora INV, por otro. El bus de alimentación de corriente continua puede comprender dos líneas de alimentación conectadas entre sí por al menos un condensador de bus Cbus configurado para estabilizar la tensión del bus.
La invención tiene por objeto proporcionar un procedimiento de control para determinar la secuencia final de arranque adecuada para la instalación. Para ello, el procedimiento de control tiene por objeto, en particular, implementar una secuencia de identificación del transformador TR que se interpone entre el variador de velocidad SD y el motor eléctrico M cuando este transformador TR se ha considerado necesario para la realización de la aplicación.
Por identificación del transformador TR se entiende la determinación de la ganancia y/o del desplazamiento de fase generado por el transformador TR entre el primario y el secundario del transformador, en función de la frecuencia de excitación del estator wst generada por el variador de velocidad del motor eléctrico M colocado a continuación del transformador TR. A partir de los datos recogidos, será posible determinar una función de transferencia para relacionar la frecuencia de excitación del estator de entrada wst con las corrientes y tensiones presentes en el primario y secundario del transformador. La función de transferencia resultante debe invertirse para utilizarla en la secuencia de arranque. En general, podemos hablar de la transferencia que realiza el transformador entre el primario y el secundario, esta transferencia se realiza aplicando una ganancia y/o un desplazamiento de fase.
En otras palabras, hay que determinar un diagrama de Bode del transformador. Un diagrama de Bode es una forma conocida de representar el comportamiento en frecuencia de un sistema (aquí el transformador). Puede utilizarse para visualizar rápidamente el margen de ganancia y el margen de fase de un sistema.
El procedimiento de control se implementa mediante un sistema de control adecuado.
El sistema de control comprende una unidad de procesamiento y control que incluye al menos un microcontrolador. Esta unidad de procesamiento y control UC puede ser la del variador de velocidad. El sistema de control puede incluir el variador de velocidad.
La secuencia de identificación del transformador se implementa ventajosamente fuera del funcionamiento normal de la instalación. Puede implementarse durante una primera puesta en tensión o durante una etapa de parametrización concreto.
De manera conocida, el variador de velocidad SD, más concretamente su etapa de inversión, se controla para aplicar una tensión trifásica a las tres fases de salida, cuya frecuencia y amplitud pueden variar. Clásicamente, la ley de control LC se basa en una corriente de referencia Iref. A partir de la corriente de referencia y de las mediciones o estimaciones de corriente, la ley de control LC determina la tensión de referencia Vref a partir de la cual se determinan las tensiones simples V1_ref, V2_ref, V3_ref a obtener en cada fase de salida. A continuación, la unidad de procesamiento y control UC determina las órdenes de control que deben aplicarse a los transistores de la etapa del inversor para obtener las tensiones deseadas.
Las tensiones V1_ref, V2_ref, V3_ref son de la forma:
V I_re f - V sen (2 n f t)
2n\
V 2_ref = V sen ^ 2 n f t Y )
4íT\
V 3_ref = V sen Í 2 n f t y )
En la siguiente descripción, el principio de la invención se explicará sobre la base de los módulos de corriente y de los módulos de tensión, resultantes respectivamente de las corrientes y tensiones en las tres fases de la instalación. Pero hay que entender que el principio puede aplicarse de la misma manera en función de las corrientes y tensiones tomadas en cada fase.
El sistema de control incluye un módulo de identificación del transformador M1, configurado para ser ejecutado por la unidad de procesamiento y control UC para implementar la secuencia de identificación.
El módulo de identificación M1 comprende un módulo de aplicación de perfil de frecuencia M10, configurado para ser ejecutado por la unidad de procesamiento y control UC.
El perfil de frecuencia del estator tiene varios puntos de funcionamiento en frecuencia ojst_i sucesivos distintos aplicados en función del tiempo. Cada punto de funcionamiento en frecuencia se define por un índice i, con i que va de 1 a n.
Durante la secuencia de identificación, la amplitud de la tensión determinada por la ley de control LC se elige de manera que no sature el transformador ni dañe el motor eléctrico. Los puntos de funcionamiento de frecuencia cost_i son ventajosamente distintos, pero no es necesario que sigan un perfil determinado. Por lo tanto, debe entenderse que podría considerarse cualquier perfil de variación de frecuencia que permita varios puntos de funcionamiento en frecuencia distintos. A modo de ejemplo, en las figuras 6A y 6B se muestran dos configuraciones.
Una primera configuración mostrada en la figura 6A comprende un número de pasos sucesivos, formando cada paso un punto de funcionamiento de frecuencia cost_i distinto. El perfil puede ser creciente, como en la figura 6A, o decreciente.
Una segunda configuración, mostrada en la Figura 6B, tiene una rampa lineal. Por lo tanto, los puntos de funcionamiento en frecuencias sucesivas pertenecen a esta rampa. La rampa puede ser creciente, como en la figura 6B, o decreciente.
En cuanto al control de la tensión de salida (resultante de las tres tensiones trifásicas) en amplitud V, se pueden considerar varias variantes.
En una primera realización mostrada en la figura 3A, la amplitud Vi de la tensión seguirá siendo la misma para cada punto de funcionamiento de frecuencia i. Por tanto, el esquema consiste simplemente en inyectar el perfil de frecuencia en la ley de control LC.
En una segunda realización mostrada en la Figura 3B, simplemente considerando el módulo de la tensión, el módulo puede ser determinado por una regulación de corriente. El módulo de identificación M1 comprende entonces un módulo M11 para aplicar una referencia de corriente Iref en la ley de control LC, ejecutándose este módulo M11 en paralelo con el módulo M10. El módulo de la tensión Vi se determina mediante un regulador de acción proporcionalintegral que recibe como entrada la diferencia entre la corriente de referencia Iref y la corriente Ip_m medida en el primario del transformador. En este contexto y de forma más concreta, la regulación puede seguir el esquema que se muestra en la figura 3C. En este esquema, las corrientes medidas en las tres fases de salida (lp_m), conectadas al primario del transformador, se transforman, gracias a una transformación de Park, en dos corrientes Id e Iq en el marco d,q. Un regulador proporcional-integral recibe como entrada las dos corrientes medidas Id, Iq así como una referencia Idref y una referencia Iqref. La salida son las dos tensiones de referencia Vdref y Vqref. Un módulo de transformación de Park convierte estas dos tensiones de referencia en tres tensiones de amplitud Vi que se aplican a las tres fases de salida. Este módulo también recibe como entrada un ángulo de desplazamiento de fase de la frecuencia del estator aplicada según un perfil definido, como por ejemplo uno de los descritos a continuación. En esta regulación, se puede elegir que la referencia Idref sea igual al módulo de la corriente y que la referencia Iqref sea cero.
La secuencia de identificación consiste entonces en adquirir, para cada punto de funcionamiento u>st_i en frecuencia, la corriente Ip_i y/o la tensión Vp_i en el primario del transformador y respectivamente la corriente Is_i y/o la tensión Vs_i en el secundario del transformador. En otras palabras, cuando se adquiere la corriente Ip_i en el primario, se debe adquirir la corriente is_i en el secundario. Del mismo modo, cuando se adquiere la tensión Vp_i en el primario, se debe adquirir la tensión Vs_i en el secundario. El sistema también puede utilizar tanto las corrientes en el primerio y en el secundario como las tensiones en el primerio y en el secundario para definir la función de transferencia del transformador TR, pero debe entenderse que sólo una de las magnitudes (corriente o tensión) es suficiente. En la siguiente descripción se hablará de adquisición de corriente y/o tensión y debe entenderse que la adquisición de la corriente y/o tensión en el primario del transformador implica necesariamente la adquisición de la corriente y/o tensión en el secundario.
El sistema de control comprende unos primeros medios para adquirir la corriente y/o la tensión en el primario del transformador y unos segundos medios para adquirir la corriente y/o la tensión en el secundario del transformador.
Los primeros medios de adquisición pueden comprender sensores de medición de corriente y/o tensión Sp colocados en el primario del transformador TR.
Los segundos medios de adquisición pueden comprender sensores de medición de corriente y/o tensión Ss colocados en el secundario del transformador TR.
Los primeros medios de adquisición pueden comprender un primer módulo de adquisición M20 ejecutado por la unidad de procesamiento y control UC para adquirir los datos de corriente Ip_i y/o los datos de tensión Vp_i medidos en el primario del transformador para cada punto de funcionamiento de frecuencia wst_i.
Los segundos medios de adquisición pueden comprender un segundo módulo de adquisición M21 ejecutado por la unidad de procesamiento y control UC para adquirir respectivamente los datos de corriente Is_i y/o los datos de tensión Vs_i medidos en el secundario del transformador TR para cada punto de funcionamiento de frecuencia wst_i.
El primer módulo de adquisición M20 y el segundo módulo de adquisición M21 están conectados a cada sensor de medición para recuperar los datos de medición de corriente y/o los datos de medición de tensión.
El primer módulo de adquisición y el segundo módulo de adquisición están sincronizados para hacer coincidir los datos de corriente adquiridos en el primario con los datos de corriente adquiridos en el secundario del transformador en cada tiempo de adquisición para cada punto de funcionamiento en frecuencia.
El primer módulo de adquisición y el segundo módulo de adquisición están sincronizados para hacer coincidir en el tiempo los datos de tensión adquiridos en el primario con los datos de tensión adquiridos en el secundario del transformador para cada punto de funcionamiento en frecuencia.
Los primeros medios de adquisición pueden ser los ya empleados por el variador de velocidad SD para implementar su ley de control LC del motor eléctrico.
El segundo medio de adquisición puede comprender una tarjeta electrónica externa conectada a la unidad de procesamiento y control UC.
Los sensores de corriente y/o tensión del lado secundario del transformador, así como la placa electrónica externa, pueden utilizarse únicamente para la realización de la secuencia de identificación y, posteriormente, retirarse durante el arranque del motor eléctrico y durante el funcionamiento normal de la instalación.
Para cada punto de funcionamiento en frecuencia, el módulo de identificación M1 inicia una etapa de adquisición de datos de corriente y/o de tensión ejecutando el primer módulo de adquisición M20 y el segundo módulo de adquisición M21 definidos anteriormente.
Al final de la etapa de adquisición, la unidad de procesamiento y control UC dispone así de una tabla de datos que pone en correspondencia cada valor de frecuencia de referencia del estator con un valor de corriente Ip_i y/o un valor de tensión Vp_i en el primario y un valor de corriente Is_i y/o un valor de tensión Vs_i en el secundario.
A partir de estos datos, la unidad de procesamiento y control UC ejecuta un módulo de análisis M3 de los datos de corriente y/o de tensión adquiridos en el primario y en el secundario para cada punto de funcionamiento de frecuencia wst_i con el fin de determinar para cada punto de funcionamiento en frecuencia una ganancia ki y/o un desplazamiento de fase 9 i, representativos de una transferencia de corriente y/o de tensión realizada por el transformador. Más concretamente, estos datos representan la inversa de la función de transferencia (ganancia y/o desplazamiento de fase) del transformador. Estos datos son registrados por la unidad de procesamiento y control UC en sus medios de almacenamiento. El principio se ilustra en la figura 4 adjunta.
El módulo de análisis M3 está entonces configurado para generar un módulo de transferencia M4 que debe ser ejecutado por la unidad de procesamiento y control UC y que está configurado para transferir una corriente y/o una tensión que debe aplicarse al primario del transformador a una corriente y/o una tensión presente en el secundario, teniendo en cuenta la frecuencia del estator y los valores de ganancia y/o de desplazamiento de fase almacenados al final de la secuencia de identificación.
Este módulo de transferencia M4 se utiliza para crear una secuencia de arranque específica para el motor eléctrico. El módulo de transferencia puede adoptar diferentes formas:
- Puede tratarse de una tabla de correspondencia entre los diferentes datos, a la que la unidad de procesamiento y control puede referirse para generar una secuencia de arranque para un motor eléctrico;
- Esta puede ser la función inversa de la transferencia del transformador a aplicar durante la secuencia de arranque.
Si sólo se considera la ganancia del transformador, la función de transferencia toma la forma de una función G(u>st)=Ganancia del transformador. La función inversa corresponderá pues a k=1/G(u>st).
El módulo de transferencia M4 puede ser ejecutado:
- En línea durante el curso de una secuencia de arranque del motor eléctrico, cada corriente de referencia de la trayectoria es corregida por el módulo de transferencia, o
- Fuera de línea, es decir, antes de una secuencia de arranque del motor eléctrico, para calcular una nueva secuencia de arranque en su totalidad que será almacenada y utilizada cada vez que el motor eléctrico vuelva a arrancar.
Este módulo de transferencia M4 se utiliza para generar la trayectoria de la corriente de referencia adecuada para el arranque del motor eléctrico, protegiendo al mismo tiempo el motor eléctrico y el transformador.
Con referencia a las figuras 7A y 7B, una secuencia de arranque convencional y conocida de un motor eléctrico, como se describe en la solicitud de patente EP2963802A1incorporada aquí por referencia, comprende las siguientes etapas principales:
En una primera etapa, la secuencia de arranque consiste en determinar y aplicar una corriente de referencia Iref (módulo M6). Esta corriente de referencia Iref se elige en un valor superior a un primer valor umbral, correspondiente a la corriente mínima que debe aplicarse para hacer girar el motor eléctrico síncrono, es decir, correspondiente al mínimo de la corriente de carga. La figura 7A muestra el recorrido de la corriente de referencia Iref aplicada a la entrada. En esta figura 7A, se puede ver una rampa de subida de corriente hasta un valor V1 que se selecciona para que sea superior a dicho primer valor umbral (S1). La corriente de referencia Iref se mantiene entonces en el valor V1 (S2). Preferiblemente, como se muestra en la figura 7A, el valor V1 alcanzado se elige para ser constante y la corriente se mantiene en este valor durante toda la secuencia de arranque.
En una segunda etapa, la unidad de control UC aplica una trayectoria de frecuencia del estator u>st_ref (módulo M7). La frecuencia del estator wst_ref se elige para que sea lo más baja posible pero superior a un segundo valor umbral, sinónimo de saturación del transformador, como se explica en la demostración anterior. La figura 7B muestra la trayectoria de la frecuencia del estator de entrada wst_ref. En la figura 7B, la curva gris representa la frecuencia del rotor y, por tanto, la velocidad real del motor eléctrico. En esta figura 7B, se puede observar que la frecuencia del estator wst_ref se elige primero para que sea cero durante la rampa de corriente y luego sigue una rampa de subida una vez que la corriente de referencia Iref ha alcanzado su valor constante. Entonces la frecuencia del estator wst_ref se estabiliza preferentemente en su valor constante elegido V2. Se estabiliza en este valor V2 hasta el final de la secuencia de arranque.
Como el rotor no está alineado cuando el motor arranca, la frecuencia real del rotor no sigue la frecuencia del estator wst_ref (Figura 7B). A continuación, la unidad de control mantiene el control de la corriente y de la frecuencia durante un tiempo definido (tiempo al menos superior a la inversa de la frecuencia del estator) para garantizar que el motor gire (es decir, que la velocidad del motor sea igual a la velocidad de referencia).
Una vez acoplado el rotor, la unidad de control conoce la frecuencia del motor, que es igual a la frecuencia de la tensión suministrada por el variador de velocidad, y una estimación del ángulo 0 del rotor.
La unidad de control cambia entonces el control del motor eléctrico síncrono a la ley de control principal LC.
Esta secuencia de arranque convencional se realiza teniendo en cuenta una ganancia fija para el transformador. El módulo de transferencia determinado por el procedimiento de control descrito anteriormente permite corregir esta secuencia de arranque para adaptarla a la instalación y, en particular, a las características reales de ganancia y/o desplazamiento de fase provocadas por la presencia del transformador.
Como ya se ha descrito anteriormente, esta secuencia de arranque convencional puede ser ineficaz en caso de alta inercia en el motor eléctrico.
El módulo de transferencia M4 determinado anteriormente permite por tanto corregir la secuencia.
Las figuras 8A y 8B ilustran así la nueva secuencia de arranque de un motor eléctrico obtenida tras la aplicación del módulo de transferencia M4 previamente determinado. Se puede observar en estas figuras que la corriente de referencia Iref sigue una trayectoria diferente a la convencional, que ha sido modificada por el módulo de transferencia M4 para tener en cuenta las características del transformador conectado a la salida y ya identificado. Para determinar este nuevo camino, el módulo de transferencia M4 está configurado para:
- Recibir como entrada cada valor de corriente Iref de la trayectoria clásica de la corriente;
- Aplicar a cada valor de corriente Iref recibido una transferencia teniendo en cuenta una ganancia ki y/o un desplazamiento de fase 9 i;
- Generar (en línea o fuera de línea) la nueva trayectoria de la corriente de referencia.
Durante la aplicación de la nueva trayectoria de la corriente, la trayectoria de la frecuencia sigue siendo la misma que en la secuencia convencional.
En la figura 8A, se observa que la corriente sigue una trayectoria que incluye una primera rampa hasta un valor V3 correspondiente al valor máximo de la corriente en el primario para proteger el variador de velocidad y el transformador. Este valor es superior al valor V1 definido anteriormente. Por lo tanto, la corriente sigue siendo igual al valor V3 mientras el módulo de transferencia M4 genere una referencia de corriente mayor que el valor V3. La corriente sigue entonces una curva descendente hasta alcanzar el valor V1. A continuación, tiene un paso en el valor V1.
En la figura 8B, la curva gris representa la frecuencia del rotor y, por tanto, la velocidad real del motor eléctrico. Se puede ver que la nueva trayectoria de la corriente aplicada permite hacer converger la velocidad real converge hacia la velocidad de referencia.
Se entiende que la solución de la invención tiene muchas ventajas, incluyendo:
- La identificación de las características del transformador permite corregir la secuencia de arranque, asegurando así el arranque del motor eléctrico independientemente del nivel de inercia;
- La secuencia de identificación es sencilla de implementar y automática;
- El procedimiento de control puede adaptarse a la aplicación conectada a la salida del variador de velocidad;
- La solución propuesta evita la adición de sensores adicionales en el lado del motor cuando se controla el motor eléctrico; la adición de sensores adicionales sólo es necesaria durante la secuencia de identificación del transformador.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de control de un motor eléctrico (M), implementado en un variador de velocidad (SD), estando dicho variador de velocidad (SD) conectado al motor eléctrico a través de un transformador (TR) que comprende un primario y un secundario, estando dicho primario del transformador conectado a las fases de salida del variador de velocidad y estando dicho secundario del transformador conectado a dicho motor eléctrico, que consiste en:
- Ejecutar una secuencia de identificación del transformador (TR) para determinar al menos datos de ganancia (ki) representativos de una transferencia realizada por el transformador (TR);
- Generar un módulo de transferencia (M4) a partir de dichos datos de ganancia determinados;
- Determinar una secuencia de arranque del motor eléctrico (M) a implementar por el variador de velocidad (SD) ejecutando dicho módulo de transferencia (M4) en una trayectoria de corriente de referencia,
caracterizado porque dicha secuencia de identificación comprende:
- Una generación de un perfil de tensión que comprende una frecuencia variable para definir varios puntos sucesivos de funcionamiento de frecuencia (u>st_i);
- Para cada punto de funcionamiento de frecuencia (wst_i), una primera medición de la corriente (Ip_i) y/o de la tensión (Vp_i) en el primario del transformador y una segunda medición de la corriente (Is_i) y/o de la tensión (Vs_i) en el secundario del transformador respectivamente;
- Una determinación de la ganancia entre el primario y el secundario del transformador para cada punto de funcionamiento en frecuencia.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el perfil de tensión comprende una amplitud fija.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el perfil de tensión comprende una amplitud variable, obtenida por un bucle de regulación de corriente.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los puntos de funcionamiento de frecuencia (u>st_i) están definidos cada uno por un paso de frecuencia distinto de un perfil de frecuencia que tiene varios pasos sucesivos.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los puntos de funcionamiento de frecuencia (u>st_i) están definidos cada uno en una rampa de variación lineal de frecuencia.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la generación del módulo de transferencia (M4) consiste en determinar una función inversa de una función de transferencia del transformador o en crear una tabla de correspondencia.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha secuencia de identificación se ejecuta para determinar también datos de desplazamiento de fase (9 i) representativos de la transferencia realizada por el transformador.
8. Sistema de control para un motor eléctrico, estando dicho motor eléctrico controlado por un variador de velocidad, estando dicho variador de velocidad conectado al motor eléctrico a través de un transformador que comprende un primario y un secundario, estando dicho primario del transformador conectado a las fases de salida del variador de velocidad y estando dicho secundario del transformador conectado a dicho motor eléctrico, comprendiendo dicho sistema de control una unidad de procesamiento y control (UC) y comprendiendo además:
- Un módulo de identificación (M1) del transformador configurado para ser ejecutado por la unidad de procesamiento y control (UC) para determinar datos de ganancia (ki) representativos de una transferencia realizada por el transformador;
- Un módulo de análisis (M3) configurado para generar un módulo de transferencia (M4) a partir de dichos datos de ganancia (ki) determinados;
- Dicho módulo de transferencia (M4) está configurado para ser ejecutado en una trayectoria de corriente de referencia para determinar una secuencia de arranque del motor eléctrico a implementar por el variador de velocidad caracterizado porque el módulo de identificación (M1) comprende además:
un módulo de generación de un perfil de tensión que comprende una frecuencia variable para definir varios puntos sucesivos de funcionamiento de frecuencia (u>st_i).
un primer módulo de adquisición (M20), para cada punto de funcionamiento en frecuencia, para una medida de la corriente y/o de la tensión en el primario del transformador y un segundo módulo de adquisición (M21) respectivamente para una medida de la corriente y/o de la tensión en el secundario del transformador,
el módulo de análisis (M3) está configurado para determinar una ganancia (ki) entre el primario y el secundario del transformador para cada punto de funcionamiento en frecuencia.
9. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque el perfil de tensión comprende una amplitud fija.
10. Sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque el perfil de tensión comprende una amplitud variable, obtenida por un bucle de regulación de corriente.
11. Sistema según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque los puntos de funcionamiento de frecuencia (wst_i) están definidos cada uno por un paso de frecuencia distinto de un perfil de frecuencia que tiene varios pasos sucesivos.
12. Sistema según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque los puntos de funcionamiento de frecuencia (u>st_i) están definidos cada uno en una rampa de variación de frecuencia lineal.
13. Sistema según una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque el módulo de transferencia comprende una función de transferencia o una tabla de correspondencia.
14. Sistema según una de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizado porque el módulo de identificación está configurado para determinar también datos de desplazamiento de fase (9 i) representativos de la transferencia realizada por el transformador.
ES18206896T 2017-12-19 2018-11-19 Procedimiento de control de un motor eléctrico que incluye una secuencia de identificación del transformador Active ES2908263T3 (es)

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