ES3032307T3

ES3032307T3 - Method for ascertaining the winding temperature of an electric motor

Info

Publication number: ES3032307T3
Application number: ES22737735T
Authority: ES
Inventors: Lena Kopp; Alexander Glueck
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2021-07-06
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2025-07-17
Anticipated expiration: 2042-06-09
Also published as: EP4179622A1; SI4179622T1; EP4179622B1; DE102021207107A1; WO2023280353A1

Abstract

La invención se refiere a un método para determinar la temperatura del devanado de un motor eléctrico que comprende un microcontrolador (MCU), en particular la temperatura del devanado de un motor síncrono de imanes permanentes (PMSM), preferiblemente utilizado como accionamiento para un ventilador mecánico. Dicho método se caracteriza porque la temperatura del devanado se determina utilizando parámetros conocidos o determinables del motor eléctrico, basándose en un punto de referencia compuesto por una temperatura de referencia y una resistencia del devanado a dicha temperatura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para determinar la temperatura del bobinado de un motor eléctrico

La invención se refiere a un procedimiento para determinar la temperatura del bobinado de un motor eléctrico que comprende un microcontrolador (MCU), en particular de un motor síncrono de imanes permanentes (PMSM), preferiblemente como accionamiento para un ventilador.

Las pérdidas en un motor eléctrico provocan que las partes activas, como el bobinado y eventuales paquetes de chapas, se calienten. El aumento de la temperatura del bobinado reduce la vida útil del aislamiento e incluso puede provocar un fallo inmediato del motor eléctrico.

La causa de un aumento inadmisible de la temperatura puede ser una falta de refrigeración o una sobrecarga, teniendo como resultado una sobrecarga un consumo de corriente elevado del motor eléctrico. Los límites admisibles del calentamiento se pueden superar rápidamente.

Correspondientemente, es importante conocer la temperatura del bobinado tanto cuando un motor eléctrico está parado como cuando está en funcionamiento. Este conocimiento favorece el proceso de homologación del motor eléctrico y ayuda a estimar la vida útil de un motor eléctrico y a prolongarla sobre la base de medidas correspondientes, en particular como parte del mantenimiento predictivo.

Se conoce por la práctica la determinación de la temperatura del bobinado de un motor eléctrico utilizando sensores de temperatura incorporados. Normalmente, esto está asociado con un alto gasto de técnica de medición y aumenta los costes de fabricación. Además, los sensores de temperatura incorporados son difíciles de mantener.

En la actualidad, incluso con modelos matemáticos muy complejos, sólo es posible con restricciones medir la temperatura del bobinado de un motor eléctrico en cada punto de funcionamiento (parada, funcionamiento normal, funcionamiento con atenuación de campo, etc.) con la precisión requerida. Si el motor eléctrico es un accionamiento para un ventilador, está previsto normalmente unsoftwarerelevante para la seguridad que desconecta el ventilador antes de que el motor eléctrico alcance un estado crítico. Para garantizar una desconexión de seguridad incluso sin la precaución de un sensor de temperatura en el bobinado, se necesitan mediciones costosas para posibilitar una desconexión por temperatura indirectamente mediante magnitudes mensurables existentes.

El documento DE102014005706A1 divulga un procedimiento para hacer funcionar un motor eléctrico con un modelo de temperatura del motor que determina la temperatura del bobinado a partir de una temperatura inicial y una resistencia del bobinado.

El objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento sencillo para determinar la temperatura del bobinado de un motor eléctrico, según el cual no se requieran sensores adicionales. En particular, debe ser posible medir la temperatura del bobinado de un motor síncrono de imanes permanentes, que normalmente se regula de manera orientada al campo, tanto cuando el motor eléctrico está parado como cuando está en funcionamiento. Además, el procedimiento según la invención debe diferir de los procedimientos de la competencia correspondientes.

El objetivo anterior se logra mediante las características de la reivindicación 1. De acuerdo con esta, el procedimiento según la invención está caracterizado por que la temperatura del bobinado se determina por medio de parámetros conocidos o determinables del motor eléctrico sobre la base de un punto de referencia a partir de una temperatura de referencia y una resistencia del bobinado a la temperatura de referencia. La idea central de la invención es crear un punto de referencia que comprenda una temperatura de referencia y una resistencia del bobinado a la temperatura de referencia. Partiendo de este punto de referencia, la temperatura del bobinado se puede determinar teniendo en cuenta parámetros conocidos.

En concreto, se supone que, antes de una primera puesta en servicio del motor eléctrico, todos los componentes están a temperatura ambiente, que es simplemente la temperatura ambiente del sitio de producción. En concreto, la temperatura de una medición de temperatura preferiblemente calibrada en la electrónica de potencia (por ejemplo, MCU, ZK-Elko, IGBT, etc.) puede equipararse a la temperatura del bobinado, de modo que el par de valores que consiste en la temperatura de un sensor de temperatura calibrado ubicado en la placa de circuitos impresos y, por lo tanto, la temperatura del bobinado y la resistencia del bobinado que puede determinarse de manera convencional sirve de punto de referencia para la determinación posterior de la temperatura del bobinado durante el funcionamiento del motor eléctrico. En este punto hay que observar que la temperatura no tiene que medirse necesariamente en la electrónica de potencia. También es imaginable utilizar la temperatura ambiente del sitio de producción. Siempre que haya sensores de temperatura en los componentes mencionados, se utilizan preferiblemente estos sensores de temperatura.

La resistencia del bobinado se puede determinar convencionalmente, por ejemplo, mediante un procedimiento de ensayo conocido o mediante modelos matemáticos.

Como procedimientos de ensayo entran en consideración los, así llamados, procedimientos de inyección, según los cuales se aplican pulsos de ensayo eléctricos al bobinado, a partir de los cuales se puede determinar la resistencia eléctrica del bobinado.

En este punto, hay que subrayar una vez más que se trata aquí de la combinación de la resistencia del bobinado y la temperatura de un sensor de temperatura ubicado en la placa de circuitos impresos (= temperatura inicial del bobinado), utilizándose este punto de referencia para determinar la temperatura del bobinado durante el funcionamiento del motor eléctrico.

El punto de referencia con sus dos valores se puede almacenar en una memoria externa o en una memoria del MCU, llevándose a cabo una comparación de la resistencia del bobinado con la temperatura de un sensor de temperatura ubicado en la placa de circuitos impresos y, por lo tanto, la temperatura inicial del bobinado sólo una vez en la producción, para definir y almacenar correspondientemente el punto de referencia. La memoria externa puede ser una EEPROM, por ejemplo.

Para determinar la temperatura del bobinado de forma continua o periódica, se puede determinar cíclicamente la resistencia del bobinado de acuerdo con el procedimiento conocido expuesto anteriormente, es decir, como antes de la primera puesta en servicio. El aumento de temperatura del bobinado se puede calcular mediante el cambio de la resistencia del bobinado de la siguiente manera:

en donde

A-9 es el aumento de temperatura del bobinado en relación con la temperatura de referencia,

R es la resistencia actual del bobinado,

RRef es la resistencia del bobinado antes de la puesta en servicio y

a es el coeficiente de temperatura específico del material del bobinado.

Por lo tanto, por medio del punto de referencia y sobre la base del aumento de temperatura calculado, se puede determinar la temperatura absoluta actual del bobinado en cualquier momento durante el curso del funcionamiento.

Es particularmente ventajoso usar la temperatura actual del bobinado de acuerdo con lo expuesto anteriormente como parámetro para funciones relacionadas con la seguridad con el fin de proteger el motor eléctrico del sobrecalentamiento en puntos de funcionamiento críticos.

También es imaginable utilizar la temperatura actual del bobinado como parámetro en el contexto del mantenimiento predictivo(Predictive Maintenance),por ejemplo, para obtener información sobre el comportamiento operativo del motor eléctrico y en caso dado poder estimar o incluso predecir posibles daños o fallos del motor eléctrico en virtud de la carga térmica.

Como ya se ha expuesto anteriormente, el conocimiento de la temperatura del bobinado a lo largo del curso del funcionamiento también se puede utilizar en el proceso de homologación para favorecer éste en relación con el conocimiento de la temperatura del bobinado y acelerar el proceso.

Ahora existen distintas posibilidades para configurar y perfeccionar la enseñanza de la presente invención de una manera ventajosa. Para ello, debe hacerse referencia, por un lado, a las reivindicaciones subordinadas a la reivindicación 1 y, por otro lado, a la siguiente explicación de un ejemplo de realización preferido de la invención por medio del dibujo. En relación con la explicación del ejemplo de realización preferido de la invención por medio del dibujo, también se explican en general configuraciones preferidas y perfeccionamientos de la enseñanza. En el dibujo muestra

la única figura, en un diagrama de flujo esquemático, el desarrollo fundamental del procedimiento según la invención para su uso como parte de un mantenimiento predictivo.

Según la única figura, se supone que el punto de referencia expuesto anteriormente, que comprende la temperatura del bobinado y la resistencia del bobinado, se ha determinado antes de una primera puesta en servicio. El punto de referencia está almacenado/se almacena en una memoria no volátil, por ejemplo, en una memoria del MCU.

Durante el funcionamiento del motor, la resistencia del bobinado se determina de forma convencional, por ejemplo, mediante un, así llamado, procedimiento de inyección por medio de pulsos de ensayo o mediante, así llamados, estimadores de parámetros. De acuerdo con lo expuesto anteriormente en la parte general de la descripción se puede determinar la temperatura absoluta actual del bobinado. Este valor se puede utilizar, por ejemplo, para el mantenimiento predictivo(Predictive Maintenance)y se puede añadir a un modelo correspondiente.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para determinar la temperatura del bobinado de un motor eléctrico que comprende un microcontrolador (MCU), en particular de un motor síncrono de imanes permanentes (PMSM), preferiblemente como accionamiento de un ventilador, en donde la temperatura del bobinado se determina por medio de parámetros conocidos o determinables del motor eléctrico basándose en un punto de referencia a partir de una temperatura de referencia y una resistencia del bobinado a la temperatura de referencia, caracterizado por que se supone que la temperatura del bobinado corresponde a la temperatura ambiente de producción antes de una primera puesta en servicio, equiparándose aproximadamente la temperatura de una medición de temperatura en el microcontrolador a la temperatura del bobinado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la temperatura de una medición de temperatura calibrada en el microcontrolador se equipara aproximadamente a la temperatura del bobinado.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la resistencia del bobinado se determina preferiblemente mediante procedimientos de ensayo o modelos matemáticos, sirviendo el par de valores consistente en la resistencia del bobinado y la temperatura del bobinado (= temperatura ambiente en la producción, que se mide por medio del MCU) de punto de referencia para determinar la temperatura del bobinado durante el funcionamiento del motor eléctrico.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que la resistencia del bobinado se determina, por ejemplo, mediante un procedimiento de inyección, según el cual se aplican pulsos eléctricos al bobinado.
5. Procedimiento según la reivindicación 3 o 4, caracterizado por que el punto de referencia se almacena en una memoria externa o una memoria no volátil del microcontrolador, llevándose a cabo una comparación de la resistencia del bobinado con la temperatura de un sensor de temperatura ubicado en la placa de circuitos impresos y, por lo tanto, la temperatura del bobinado sólo una vez en la producción, para definir el punto de referencia.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por que durante el funcionamiento del motor eléctrico, por ejemplo de forma cíclica, preferiblemente con el mismo procedimiento que antes de la primera puesta en servicio, se determina la resistencia del bobinado, calculándose el aumento de temperatura del bobinado mediante el cambio de la resistencia del bobinado de la siguiente manera:

en donde A-9 es el aumento de temperatura del bobinado en relación con la temperatura de referencia, R es la resistencia actual del bobinado, RRef es la resistencia del bobinado antes de la puesta en servicio y a es el coeficiente de temperatura específico del material del bobinado, determinándose la temperatura absoluta actual del bobinado por medio del punto de referencia y sobre la base del aumento de temperatura calculado.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la temperatura actual del bobinado se utiliza como parámetro para funciones relacionadas con la seguridad a fin de proteger el motor eléctrico del sobrecalentamiento en puntos críticos de funcionamiento.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la temperatura actual del bobinado se utiliza como parámetro en el contexto del mantenimiento predictivo(Predictive Maintenance),por ejemplo, para obtener información sobre el comportamiento operativo del motor eléctrico y para poder estimar o predecir posibles daños o fallos del motor eléctrico en virtud de la carga térmica.