ES2925943T3 - Aparato para controlar un motor - Google Patents

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Abstract

En el presente documento se describe un aparato para controlar un inversor. El aparato controla una resistencia de frenado conectada en paralelo con un capacitor de enlace de CC para cambiar a un estado ON u OFF en base al menos a la temperatura y al voltaje de enlace de CC de la resistencia de frenado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato para controlar un motor
Campo técnico
La presente descripción se refiere a un aparato para controlar un motor.
Descripción de la técnica relacionada
En general, los inversores son dispositivos de conversión de potencia configurados para convertir una potencia de corriente alterna (AC) de electricidad de la red en potencia de corriente continua (DC), convertir la potencia de DC en una potencia de AC adecuada para un motor y luego suministrar la potencia de AC al motor. Estos inversores controlan eficazmente el motor, reduciendo por ello el consumo de potencia del motor y mejorando la eficiencia energética.
En tal inversor, un rectificador de diodos está configurado para permitir que la potencia sea transferida en una dirección. Por consiguiente, cuando el motor desacelera o aplica frenado regenerativo, la potencia que fluye de manera inversa no se emite a la fuente de alimentación del sistema, sino que se acumula en un condensador de enlace de DC y, de este modo, aumenta el voltaje de enlace de DC. Con el fin de evitar este efecto, se puede añadir una resistencia de frenado a ambos extremos del condensador de enlace de DC, de este modo suprimiendo un aumento en el voltaje de enlace de DC y previniendo daños al inversor.
Tal resistencia de frenado produce calor al tiempo que consume energía para aumentar el voltaje de enlace de DC. Por consiguiente, la tasa de uso de la resistencia de frenado está limitada para evitar que la resistencia de frenado se sobrecaliente.
Las FIGS. 1 y 2 ilustran métodos de limitación de la tasa de uso de una resistencia de frenado convencional, que limita la proporción del tiempo T_dec de una sección de tasa de reducción de velocidad, en la que se genera la energía regenerativa, en todo el tiempo de operación.
En el ejemplo de la FIG. 1, la tasa de uso de la resistencia de frenado se da por la siguiente ecuación.
[Ecuación 1]
%ED = ------------------------- T _dec ------------------------- . x ¡ 0o
T _ ace+ T _ estable+ T _ dec+ T _ parada
Aquí, T_ace denota el tiempo que lleva acelerar hasta una frecuencia establecida, T_estable denota el tiempo para la operación de velocidad constante a la frecuencia establecida, y T_parada denota el tiempo durante el cual la operación permanece parada hasta que la operación se inicia de nuevo.
Según el método convencional, el usuario establece un nivel límite de %ED, o la tasa de uso, y limita el uso de la resistencia de frenado para no exceder el nivel establecido calculando el %ED real.
En el ejemplo de FIG. 2, la tasa de uso de la resistencia de frenado se da por la siguiente ecuación.
[Ecuación 2]
%ED = -------------------------- ~ T de -- c --------------------------- x 100
T _ dec T estable! T _ ace+ T _ establél
De este modo, en casos convencionales, se evita el sobrecalentamiento de la resistencia de frenado limitando la tasa de uso de la resistencia de frenado.
No obstante, en la tecnología convencional, cuando el motor desacelera lentamente, la resistencia de frenado se puede usar durante un tiempo relativamente largo dado que la energía regenerativa es pequeña. No obstante, dado que solamente se tiene en consideración el tiempo para limitar la tasa de uso de la resistencia de frenado, puede que no se use correctamente la resistencia de frenado. Cuando el motor desacelera rápidamente, la resistencia de frenado se debería usar durante un período de tiempo relativamente corto, dado que la energía regenerativa es grande. No obstante, puede que no se use correctamente la resistencia de frenado, dado que solamente se tiene en consideración el tiempo para limitar la tasa de uso de la resistencia de frenado como en el caso anterior.
Además, si solamente se tiene en consideración el tiempo para limitar la tasa de uso de la resistencia de frenado, la resistencia de frenado puede acumular calor hasta sobrecalentarse cuando la tasa de aceleración/reducción de velocidad del motor ocurre con frecuencia.
Además, según la tecnología convencional, el tiempo de uso y la tasa de uso se deberían calcular después de que se seleccione la resistencia de frenado, lo que causa molestias al usuario.
El documento EP 2 506 423 describe un dispositivo de conversión de potencia que permite el uso eficaz de una capacidad de potencia permisible de una resistencia de frenado regenerativo conectada ajustando automáticamente un voltaje de salida y un tiempo de desaceleración según la capacidad de potencia.
Resumen
Es un objeto de la presente descripción proporcionar un aparato de control capaz de proteger eficientemente una resistencia de frenado contra el sobrecalentamiento al tiempo que se usa eficientemente la misma.
Es otro objeto de la presente descripción proporcionar un aparato de control de inversor capaz de calcular automáticamente una tasa de uso de una resistencia de frenado y mejorar la comodidad para un usuario.
Los objetos de la presente descripción no se limitan a los objetos descritos anteriormente y otros objetos y ventajas se pueden apreciar 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 se pueden poner en práctica por los medios enumerados en las reivindicaciones adjuntas y una combinación de las mismas.
De acuerdo con un aspecto de la presente descripción, un aparato para controlar un motor se proporciona según la reivindicación 1.
Según la presente descripción, una resistencia de frenado se puede usar eficientemente encendiendo o apagando la resistencia de frenado según la temperatura de la resistencia de frenado. Además, como la operación se realiza junto con la temperatura y el voltaje de enlace de DC de la resistencia de frenado, la resistencia de frenado se puede usar fácilmente incluso si la tasa de uso de la resistencia de frenado no está preestablecida.
Además, como la operación se realiza junto con la temperatura y el voltaje de enlace de DC de la resistencia de frenado, se puede evitar que la resistencia de frenado se sobrecaliente debido a un ajuste erróneo de la tasa de uso de la resistencia de frenado.
Breve descripción de los dibujos
Las FIGS. 1 y 2 ilustran métodos de limitación de la tasa de uso de una resistencia de frenado convencional.
La FIG. 3 es un diagrama que ilustra esquemáticamente un sistema inversor al que se aplica una realización de la presente descripción.
La FIG. 4 es un diagrama ejemplar que ilustra un control de encendido/apagado de una resistencia de frenado según una realización de la presente descripción.
Descripción detallada
Con el fin de comprender completamente la estructura y los efectos de la presente descripción, se describirán realizaciones preferidas de la presente descripción con referencia a los dibujos que se acompañan. No obstante, la presente descripción no se limita a las realizaciones descritas a continuación, sino que se pueden realizar de diversas formas y se pueden hacer diversos cambios en las mismas. Las realizaciones ejemplares se pretende que proporcionen una descripción completa de la presente invención y doten a un experto en la técnica con una descripción completa del alcance de la presente invención. En los dibujos que se acompañan, los elementos constituyentes están ampliados en tamaño por comodidad de la explicación, y las proporciones de los elementos constituyentes pueden estar exageradas o minimizadas.
También se entenderá que cuando un elemento se describe como que está “sobre” o “contactando” con otro elemento, puede estar directamente conectado o contactando con el otro elemento o pueden estar presentes elementos “intermedios”. Por otra parte, si un elemento se describe como que está “directamente sobre” o “directamente contactando con” otro elemento, esto se puede entender como que significa que no hay otro elemento entre los elementos. Otras expresiones que describen la relación entre elementos, por ejemplo, “entre” y “directamente entre” se pueden interpretar de manera similar.
Se pueden usar términos que incluyen números ordinales tales como primero, segundo, etc. para explicar diversos componentes, pero los componentes no se limitan a los mismos. Estos términos se usan solamente con el propósito de distinguir un componente de otro. Por ejemplo, se puede hacer referencia a un “primer componente” como “segundo componente” y, de manera similar, también se puede hacer referencia a un “segundo componente” como “primer componente” sin apartarse del alcance de la presente descripción.
Las formas singulares “un”, “uno”, “una”, “el” y “la” incluyen los referentes plurales a menos que el contexto lo dicte claramente de otro modo. En esta especificación, el término “incluyen” o “tienen” se pretende que indique que las características, figuras, pasos, operaciones, constituyentes y componentes descritos en la especificación o combinaciones de los mismos existen y se puede interpretar como que significa que se pueden añadir una o más de otras características, figuras, pasos, operaciones, constituyentes, componentes o combinaciones de los mismos. Los términos usados en las realizaciones de la presente descripción se pueden interpretar como que tienen significados comúnmente conocidos por aquellos expertos en la técnica, a menos que se defina de otro modo. En lo sucesivo, se describirán en detalle realizaciones preferidas de la presente descripción con referencia a los dibujos que se acompañan.
La FIG. 3 es un diagrama que ilustra esquemáticamente un sistema inversor al que se aplica una realización de la presente descripción.
Como se muestra en la FIG. 3, en un sistema inversor al que se aplica una realización de la presente descripción, un inversor 1, que recibe potencia de corriente alterna (AC) trifásica y emite potencia de una magnitud y frecuencia predeterminadas a un motor 2, incluye una unidad de convertidor 10, una unidad de suavizado 20, una unidad de inversor 30, un controlador principal 40, un controlador de conmutación 50, una unidad de conmutación 60, una resistencia de frenado 70 y un sensor de temperatura 75 para medir la temperatura de la resistencia de frenado 70. La unidad de convertidor 10 convierte la potencia de AC trifásica de entrada a un voltaje de corriente continua (DC). La unidad de convertidor 10 puede incluir una pluralidad de diodos rectificadores, o puede incluir una pluralidad de elementos de conmutación. La unidad de suavizado 20 incluye un condensador de enlace de DC y puede suavizar y almacenar el voltaje de DC obtenido a través de conversión en la unidad de convertidor 10. La unidad de inversor 30 puede incluir una pluralidad de elementos de conmutación. El voltaje de DC almacenado en el condensador de enlace de DC se convierte en un voltaje de una magnitud y frecuencia predeterminadas y se emite al motor 2 bajo el control del controlador de conmutación 50.
La resistencia de frenado 70 está conectada en paralelo al condensador de enlace de DC y configurada para consumir el voltaje almacenado en el condensador de enlace de DC encendiendo o apagando la unidad de conmutación 60. Es decir, cuando la unidad de conmutación 60 está en el estado ENCENDIDO, la potencia aplicada al enlace de DC se consume por la resistencia de frenado 70. Cuando la unidad de conmutación 60 está en el estado APAGADO, el voltaje aplicado al enlace de DC se proporciona a la unidad de inversor 30.
El controlador principal 40 puede generar una frecuencia de mando y un voltaje de mando en base a la corriente de salida de la unidad de inversor 30 y proporcionar los mismos al controlador de conmutación 50. En base a la frecuencia de mando y al voltaje de mando, el controlador de conmutación 50 puede transmitir, a la unidad de inversor 30, una señal de control para controlar la pluralidad de elementos de conmutación de la unidad de inversor 30.
Además, el controlador principal 40 genera una señal de control para controlar la unidad de conmutación 60 para conmutar la resistencia de frenado 70 al estado ENCENDIDO o APAGADO y el ENCENDIDO/APAGADO de la unidad de conmutación 60 se puede controlar por la señal de control.
Específicamente, cuando el voltaje de enlace de DC excede un voltaje de referencia, el controlador principal 40 puede recibir la temperatura de la resistencia de frenado 70. Si la temperatura recibida es mayor o igual que una temperatura de referencia, el controlador principal 40 transmite, al controlador de conmutación 50, una señal de control para hacer que la resistencia de frenado 70 se apague para que no opere, y el controlador de conmutación 50 controla que la unidad de conmutación 60 se apague mediante la señal de control.
51 la temperatura recibida es menor que la temperatura de referencia, el controlador principal 40 transmite, al controlador de conmutación 50, una señal de control para hacer que la resistencia de frenado 70 se encienda para operar, y el controlador de conmutación 50 controla la unidad de conmutación 60 para que se encienda mediante la señal de control. Para esta operación, el controlador principal 40 aplica histéresis para evitar la aparición frecuente de ENCENDIDO o APAGADO en el voltaje de referencia y la temperatura de referencia.
Si bien se ilustra en una realización de la presente descripción que el controlador principal 40 recibe la temperatura de la resistencia de frenado 70 desde el sensor de temperatura 75, la presente descripción no se limita a la misma. Es decir, se pueden usar diversos métodos para estimar la temperatura de la resistencia de frenado 70. Por ejemplo, la temperatura de la resistencia de frenado 70 se puede estimar midiendo o estimando una corriente que fluye a través de la resistencia de frenado 70 o un voltaje aplicado a la resistencia de frenado 70, usando la resistencia térmica de la resistencia de frenado 70, o usando la temperatura ambiente. Como tal, se pueden usar diversos métodos para estimar la temperatura de la resistencia de frenado 70.
En lo sucesivo, se describirá una operación del controlador principal 40 con referencia a los dibujos.
La FIG. 4 es un diagrama ejemplar que ilustra el control de encendido/apagado de una resistencia de frenado según una realización de la presente descripción.
Como se muestra en la FIG. 4, cuando el motor 2 desacelera en la sección A, se eleva el voltaje de enlace de DC. En la sección A, el voltaje de enlace de DC no alcanza el voltaje de referencia de ENCENDIDO de la resistencia de frenado y, de este modo, la unidad de conmutación 60 está en el estado APAGADO.
Cuando el voltaje de enlace de DC alcanza el voltaje de referencia de ENCENDIDO de la resistencia de frenado en la sección B, el controlador principal 40 transmite, al controlador de conmutación 50, una señal de control para controlar que la unidad de conmutación 60 sea encendida, y el controlador de conmutación 50 se conmuta al estado ENCENDIDO según la señal de control. Como resultado, el voltaje de enlace de DC puede disminuir y la temperatura de la resistencia de frenado 70 puede elevarse.
Cuando la temperatura de la resistencia de frenado 70 alcanza una temperatura de referencia de APAGADO de la resistencia de frenado en la sección C, el controlador principal 40 transmite, al controlador de conmutación 50, una señal de control para controlar que la unidad de conmutación 60 sea apagada, y la unidad de conmutación 60 conmuta al estado APAGADO según la señal de control. En esta sección, el voltaje, que ha disminuido en la sección B, puede aumentar de nuevo. De este modo, el controlador principal 40 proporciona una frecuencia de mando de la unidad de inversor 30 al controlador de conmutación 50 de manera que se reduzca la tasa de reducción de velocidad del motor 2. En otras palabras, la tasa de reducción de velocidad 3B en la sección C es menor que la tasa de reducción de velocidad 3A en la sección B. La relación de tasa de reducción de velocidad 3B se determina en base al voltaje de enlace de DC realimentado desde el unidad de inversor 30.
En la sección D, el controlador principal 40 no alcanza una temperatura de referencia de ENCENDIDO de la resistencia de frenado aunque la resistencia de frenado 70 esté apagada. Cuando el voltaje de enlace de DC alcanza el voltaje de referencia de ENCENDIDO de la resistencia de frenado, la tasa de reducción de velocidad del motor 2 se reduce sobre la tasa de reducción de velocidad en la sección C, una frecuencia de mando para mantener el voltaje de enlace de DC en el voltaje de referencia de la resistencia de frenado se genera y proporciona al controlador de conmutación 50. Es decir, la tasa de reducción de velocidad 3C en la sección D es menor que la tasa de reducción de velocidad 3B en la sección C. Aquí, la tasa de reducción de velocidad 3C se determina en base al voltaje de enlace de DC realimentado desde la unidad de inversor 30.
En las secciones C y D, dado que la unidad de conmutación 60 de la resistencia de frenado 70 está en estado APAGADO, la temperatura de la resistencia de frenado 70 disminuye gradualmente.
En la sección E, dado que la temperatura de la resistencia de frenado 70 es tan baja como la temperatura de referencia de ENCENDIDO de la resistencia de frenado, el controlador principal 40 transmite, al controlador de conmutación 50, una señal de control para controlar que la unidad de conmutación 60 sea encendida, y la unidad de conmutación 60 conmuta al estado ENCENDIDO según la señal de control. En esta sección, la tasa de reducción de velocidad 3D de la velocidad del motor es igual a la tasa de reducción de velocidad 3A en la sección B. En otras palabras, dado que la resistencia de frenado 70 está en el estado ENCENDIDO en la sección E, el controlador principal 40 cambia la frecuencia de mando para aumentar la tasa de reducción de velocidad del motor 2 y proporciona la frecuencia de mando cambiada al controlador de conmutación 50.
En la sección F, el motor 2 está parado, pero el controlador principal 40 puede mantener la resistencia de frenado 70 en el estado ENCENDIDO porque el voltaje de enlace de Dc es mayor que el voltaje de referencia de APAGADO de la resistencia de frenado.
En la sección G, dado que el motor 2 está parado y el voltaje de enlace de DC se reduce al voltaje de referencia de APAGADO de la resistencia de frenado, el controlador principal 40 puede transmitir, al controlador de conmutación 50, una señal de control para controlar que la unidad de conmutación 60 sea apagada, y la unidad de conmutación 60 puede conmutar al estado APAGADO según la señal de control.
Como tal, en una realización de la presente descripción, se mide o estima la temperatura de la resistencia de frenado 70, y la resistencia de frenado 70 se enciende o apaga según la temperatura de la resistencia de frenado 70. Por ello, la resistencia de frenado 70 se puede usar de manera eficiente. Además, como la operación se realiza junto con la temperatura y el voltaje de enlace de DC de la resistencia de frenado 70, la resistencia de frenado 70 se puede usar fácilmente incluso si la tasa de uso de la resistencia de frenado no está preestablecida. Además, como la operación se realiza junto con la temperatura y el voltaje de enlace de DC de la resistencia de frenado 70, se puede evitar que la resistencia de frenado 70 se sobrecaliente debido al ajuste erróneo de la tasa de uso de la resistencia de frenado.
Si bien la presente descripción se ha descrito en conexión con ciertas realizaciones ejemplares, se ha de entender que la descripción no se limita a las realizaciones descritas, sino que, por el contrario, se pretende que cubra diversas modificaciones y disposiciones equivalentes incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por consiguiente, el verdadero alcance de la presente descripción se debería determinar por las siguientes reivindicaciones.

Claims (2)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato para controlar un motor, el aparato que incluye una unidad de convertidor (10) para convertir una potencia eléctrica de la red en un voltaje de corriente continua, DC, un condensador de enlace de DC para almacenar el voltaje de DC, y una unidad de inversor (30) para convertir el voltaje de DC en un voltaje de corriente alterna, AC, que tiene una frecuencia predeterminada,
en donde el aparato comprende además:
una resistencia de frenado (70) conectada en paralelo con el condensador de enlace de DC;
una unidad de conmutación (60) que tiene un estado ENCENDIDO o un estado APAGADO, en donde, cuando la unidad de conmutación (60) está en el estado ENCENDIDO, el voltaje de DC almacenado en el condensador de enlace de DC se consume por la resistencia de frenado; y
un controlador (40) para transmitir una señal de control para conmutar la unidad de conmutación (60) al estado ENCENDIDO o al estado APAGADO en base a al menos uno de una temperatura y un voltaje de enlace de DC de la resistencia de frenado,
en donde, cuando el voltaje de enlace de DC alcanza un voltaje de referencia de ENCENDIDO por el motor decelerando a una primera tasa de reducción de velocidad mientras que la temperatura de la resistencia de corte es menor que una temperatura de referencia de APAGADO por primera vez, el controlador (40) está configurado para transmitir una señal de control a la unidad de conmutación (60) para conmutar la unidad de conmutación (60) al estado ENCENDIDO,
en donde, cuando la temperatura de la resistencia de frenado (70) alcanza una temperatura de referencia de APAGADO una segunda vez después de la primera vez, el controlador (40) está configurado para:
transmitir una señal de control a la unidad de conmutación (60) para conmutar la unidad de conmutación (60) al estado APAGADO; y
controlar la unidad de inversor (30) para ajustar el motor a una segunda tasa de reducción de velocidad menor que la primera tasa de reducción de velocidad,
caracterizado por que el controlador (40) está configurado además para:
cuando el voltaje de enlace de DC alcance el voltaje de referencia de ENCENDIDO mientras la temperatura de la resistencia de corte (70) es menor que la temperatura de referencia de APAGADO y mayor que una temperatura de referencia de ENCENDIDO una tercera vez después de la segunda vez, controlar la unidad de inversor (30) para ajustar el motor a una tercera tasa de reducción de velocidad menor que la primera tasa de reducción de velocidad y la segunda tasa de reducción de velocidad para mantener el voltaje de enlace de DC en el voltaje de referencia de ENCENDIDO, y
cuando la temperatura de la resistencia de frenado (70) alcance la temperatura de referencia de ENCENDIDO mientras que el voltaje de enlace de DC se mantiene en el voltaje de referencia de ENCENDIDO una cuarta vez después de la tercera vez, transmitir una señal de control a la unidad de conmutación (60) para conmutar la unidad de conmutación (60) al estado ENCENDIDO de modo que el voltaje de DC almacenado en el condensador de enlace de DC se consuma por la resistencia de frenado y controlar la unidad de inversor para desacelerar el motor a la primera tasa de reducción de velocidad la cuarta vez,
cuando el voltaje de enlace de DC alcance un voltaje de referencia de APAGADO una quinta vez después de la cuarta vez, transmitir una señal de control a la unidad de conmutación (60) para conmutar la unidad de conmutación al estado APAGADO, en donde la segunda y tercera tasas de reducción de velocidad se determinan en base al voltaje de enlace de DC realimentado desde la unidad de inversor (30).
2. El aparato según la reivindicación 1, en donde el controlador (40) está configurado para mantener el estado ENCENDIDO de la resistencia de frenado después de que el motor se pare antes de la quinta vez pero después de la cuarta vez.
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