MX2007003376A - Metodo para controlar la velocidad de un motor electrico. - Google Patents

Abstract

Un metodo de control de la velocidad de un motor electrico, siendo dicho metodo, un metodo digital disenado para control de la velocidad de un motor de induccion que funciona con un dispositivo triac, en el cual la velocidad del motor es medida y un valor numerico digital representativo de la primer derivada de la velocidad del motor es calculado; se efectua una determinacion del valor numerico digital de la primera derivada de la velocidad del motor relativa a un intervalo o banda de valores; una senal de error tambien es calculada que es proporcional al error entre la velocidad actua del motor y la velocidad preestablecida, y una determinacion es realizada del valor numerico digital de esta senal de error relativa al intervalo, o banda de valores que incluye un valor correspondiente al del motor operando a una velocidad preestablecida; si el valor de cada una de las senales esta dentro de su respectiva banda, entonces los dos valores numericos son sumados para producir una senal de error total, cuyo valor es entonces convertido en una senal para corregir el angulo de conduccion de triac al valor necesario para obtener la velocidad preestablecida del motor.

Description

MÉTODO PARA CONTROLAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR ELÉCTRICO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención esta relacionada con un método para control de la velocidad de un motor eléctrico, que funciona con un dispositivo semiconductor tipo triac, por medio del control de la señal del ángulo de conducción aplicado al triac.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los motores de inducción son motores monofásicos con una serie de colectores de excitación y son frecuentemente usados en el campo de los aparatos electrodomésticos, por ejemplo, para impulsar la rotación del tambor de una lavadora o una secadora. Dichos motores con frecuencia funcionan con un dispositivo semiconductor triac. Frecuentemente se desea controlar la velocidad de dichos motores para incrementar la eficiencia de su operación. Los métodos conocidos para el control de la velocidad de rotación de un motor universal usan un generador tacométrico conectado al motor para proporcionar una señal eléctrica de salida que sea representativa de la velocidad del motor y un triac cuyo ángulo de activación determina la media cuadrática del voltaje aplicado a los devanados del motor. Los métodos de control digital son usados para controlar la velocidad base del motor sobre el principio de que la diferencia de conducción de los ángulos de un triac es proporcional a la diferencia de la velocidad del motor. Un método de control semejante es revelado en la patente de E.U.A. 6, 633, 149, en la cual un método para control digital de un motor universal, en particular para aparatos electrodomésticos, mide la velocidad de rotación del motor, determina la diferencia entre la velocidad medida y la velocidad preestablecida (deseada) y controla el motor en base a esta diferencia. Este método además estima al menos uno de los valores de la resistencia de torsión del motor y la corriente en los devanados del motor. Aun y cuando tal método es útil, es relativamente complicado de establecer en aparatos electrodomésticos como son la lavadora, donde la reducción del costo es una meta de suma importancia. Por consecuencia hay necesidad de un método que controle la velocidad de un motor que funcione por medio de un triac que sea fácil de usar y relativamente económico de implementar.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invención, un nuevo método se provee para controlar la velocidad de un motor que funciona con un triac para alcanzar una velocidad preestablecida (deseada). De acuerdo con la invención, un método digital es proporcionado en el cual la velocidad del motor es medida y una señal es producida desde la cual se deriva un valor numérico digital representativo de la primera derivada matemática de la velocidad del motor. Una determinación es hecha del valor digital numérico de la velocidad derivada del motor relativa a un intervalo o banda de valores de la derivada de la velocidad del motor. Una señal de error es también calculada que es proporcional al error entre la velocidad medida del motor y la velocidad preestablecida. Una determinación es hecha del valor numérico digital de la señal de error de la velocidad del motor relativa al intervalo o banda de valores que incluye un valor que corresponde al del motor operando en la velocidad preestablecida. Si el valor de la señal relativa a la derivada de la velocidad del motor o la señal de error de la velocidad del motor esta fuera del valor de su respectivo intervalo o banda, lo cual corresponde a un valor poco realista de la velocidad del motor, entonces el programa del microprocesador obliga al valor hacia Cero. Esto evita hacer una corrección de la velocidad del motor de un valor poco realista. Por lo tanto, el error en la velocidad del motor a ser corregida para que logre la velocidad preestablecida siempre estará en el intervalo de valores realistas. Si el valor de cada una de las dos señales esta dentro de su respectivo intervalo o banda entonces los dos valores numéricos son sumados para producir un valor total de la señal de error cuyo valor es entonces convertido en una señal para corregir el ángulo de conducción del triac que se necesita para obtener la velocidad del motor preestablecida. Se toman precauciones para prevenir el exceso de control del ángulo de conducción del triac para que este no se vuelva inestable.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otros propósitos y ventajas de la presente invención serán más obvios por referencia a la siguiente descripción y los diagramas anexos en los cuales: La figura 1 es un dibujo esquemático de bloques mostrando las aplicaciones de la presente invención. Las figuras 2 y 3 son gráficos de flujo mostrando la producción de señales a ser usadas en el cálculo de la corrección de los ángulos de conducción del triac. La figura 4 es un diagrama de flujo mostrando la producción de la señal que corrige el ángulo de conducción del triac para obtener la velocidad preestablecida del motor.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra un dispositivo 1 , como el tubo de rotación de un aparato domestico como la lavadora y que es rotado por un motor eléctrico 3. El motor 3 funciona con un triac convencional semiconductor 4, que opera desde un suministro eléctrico apropiado (no mostrado). En dichos dispositivos triac, una señal de activación es aplicada al electrodo de entrada. El ángulo eléctrico o tiempo, de aplicación de la señal de activación controla el tiempo de conducción del triac y de ese modo la salida de energía, la cual en cambio controla la velocidad del motor 3. Todo esto es bien conocido en esta arte. Un tacómetro 5, de construcción clásica, es conectado en forma semejante al eje rotatorio del motor 3, para medir la velocidad del motor y producir una señal que corresponda a la corriente del motor. La señal de velocidad del motor producida por el tacómetro 5 es preferiblemente en forma digital y es aplicada a la entrada del controlador 7. El controlador 7, es un instrumento como el clásico microprocesador que puede realizar cálculos y tiene una sección de memoria para almacenar datos. El controlador 7 es también programado con los datos necesarios, tales como la velocidad preestablecida del motor y un ángulo de conducción necesario del triac para obtener la mencionada velocidad preestablecida así como instrucciones para realizar varios pasos descritos abajo y producir una señal de salida. En la presente invención, la señal de salida del controlador 7 es aplicada a un convertidor analógico que produce una señal dirigida a la entrada del electrodo del triac y controlar sus ángulos de conducción. Como se explico anteriormente, la velocidad del motor 3 va a ser controlada por una velocidad preestablecida estableciendo el ángulo eléctrico de activación del triac 4 que proporciona la corriente eléctrica para operar el motor. El control de la velocidad del motor, de acuerdo con la invención, hace uso de un intervalo, o banda de la primera derivada matemática de la velocidad del motor. La invención también hace uso de un intervalo o banda con un valor matemático que es proporcional a la diferencia, o error entre la velocidad actual del motor y la velocidad preestablecida. El primer intervalo será llamado de aquí en adelante Banda Derivada y el segundo intervalo, Banda Proporcional. Las figuras 2 y 3 representan como los valores de las señales de la Banda Derivada y la Banda Proporcional son derivados por el controlador 7 para el control de la velocidad del motor 3. En la figura 2, se describe la producción S200 del valor de la señal derivada de la velocidad del motor. El primer paso S201 , es calcular el valor de la primera derivada matemática de la velocidad actual del motor, la cual puede ser expresada como ds/dt. Esta es calculada por el controlador 7, almacenando primero el valor digital de la velocidad actual del motor que es medida una sola vez por un tacómetro 5 y restando este valor del valor de la velocidad actual del motor. Esta cantidad es dividida entre el tiempo transcurrido entre las dos medidas de velocidad para producir una cantidad digital correspondiente a la primera derivada de la velocidad del motor. Un valor, llamado de aquí en adelante Rendimiento D, es calculado. Esto se hace comparando el valor de la derivada de la velocidad del motor determinado en el paso S201 , con un intervalo de valores del Rendimiento D de la derivada de la velocidad del motor que es almacenada en el controlador 7. Los valores del Rendimiento D están en un intervalo de 0 a alto, con un valor mediano. Estos son valores numéricos digitales almacenados en un cuadro en la sección de la memoria del controlador 7. En S203, el valor de la derivada de la velocidad del motor determinado en S201 es comparada tanto con la velocidad actual del motor, usada en S201 , y con el intervalo de valores almacenados del Rendimiento D. En la determinación en S203, si ambos, tanto el valor derivado de la velocidad del motor es mas alto que el intervalo de valores almacenados y la velocidad actual del motor es mayor que cero (S201), entonces el valor de Rendimiento D resulta como 0 en S204. Esto es, que en este caso la derivada de la velocidad del motor esta en el mejor intervalo de la Banda D pero no muy alta, y fuera del intervalo en que sería un valor realista. Un valor de 0 del Rendimiento D es producido hacia S211. En S211 , el valor de la Banda D es calculado como: Banda D = Derivada (S201 ) x Rendimiento D (1 ) Si ambas condiciones S203 son cumplidas, entonces el valor final de la Banda D (S211 ) sería cero, dado que el valor producido de S203 es cero. Si las condiciones S203 no son cumplidas, entonces la determinación del valor de Rendimiento D pasa a S205. En S205 hay una prueba para una condición de la presencia de un alto valor numérico de la derivada S201 de la velocidad del motor. Si esta condición se cumple, entonces en S206 un valor digital que corresponde a Rendimiento D = Alto es enviado a S211 a la Banda D para calculo de la ecuación (1 ).

Si ninguna de las pruebas S203 y S205 son cumplidas entonces el valor derivado de S201 es producido hacia S207. Si el valor derivado se encuentra en la mediana (en medio) de este intervalo de valores almacenados, entonces en S208 un valor digital de Rendimiento D = intervalo Mediano es enviado a S211 para su uso en la ecuación de calculo de la Banda D (1 ). Si el valor de la derivada de la velocidad del motor no satisface ninguna de las condiciones S203, S205 y S207, entonces en S210 un valor numérico digital de Rendimiento D = Bajo es pasado a S211 para el calculo de la Banda D. El calculo del valor de la Banda D en S211 es concluida usando la ecuación (1 ) y este valor digital numérico es disponible en S213 para ser usado de la manera a ser descrita con respecto a la figura 4. Haciendo referencia ahora a la figura 3, S300 muestra la determinación de una Banda P, error proporcional, que es obtenido en forma similar al cálculo del valor de la Banda D. En S301 , un Error P es calculado como: Error P = Velocidad Actual - Velocidad Preestablecida, donde el valor de la velocidad actual es dado por el tacómetro 5 y la velocidad preestablecida es un valor programado en el controlador 7. El controlador 7 también es programado con un cuadro de valores de un valor de Rendimiento P que corresponde a valores calculados del Error P. La determinación del Rendimiento P y el subsiguiente cálculo del resultado de la Banda P son llevados a cabo solamente si el procedimiento de S201 , S203, S205 y S207-S208 (figura 2) ha determinado que el valor de rendimiento D es el intervalo del valor mediano. Si esta condición existe, conforme está determinada en S203, el rendimiento D = valor mediano es recibido desde S208 de la figura 2. Esto significa que el motor esta operando a una velocidad en la cual una corrección puede ser hecha para obtener la velocidad preestablecida. Si la velocidad del motor prevalece entonces el valor del Error P determinado en S301 es procesado más. Si el valor de Rendimiento D esta fuera de del intervalo de valores medianos, esto es, el Rendimiento D es ya sea 0, alto o bajo, entonces no hay calculo del valor de la Banda P. El valor del Error P que pasa en S303 es probado en S305 y S307 para determinar si es un valor bajo o alto. Un valor de Error P en el extremo inferior del intervalo produce en S306 una señal de Rendimiento P = Bajo de un valor digital predeterminado que es aplicado al calculo de la Banda P en el paso S331. Sí la determinación S303 es que el valor del Error P no se encuentra en el extremo inferior del intervalo de error, entonces el Error P es una vez más probado en S307 para determinar si se encuentra en el extremo alto de este intervalo. Si es así, entonces S308 provee el valor digital correspondiente de Rendimiento P = Alto al calculo de la Banda P paso S331. Si el valor del Error P no es ni Bajo (S305) ni Alto (S307), entonces el error P es enviado a S309, el cual es también suministrado con la señal del valor derivado de la velocidad del motor de S201. Si el valor de la señal de la velocidad derivada del motor esta en la parte inferior de su intervalo, entonces el valor del Error P es pasado a S311 para determinar si el valor del Error P es positivo y la velocidad derivada del motor (de S201 ) es negativa. En S309, el valor numérico bajo de la señal de la velocidad derivada del motor es establecida directamente por el cuadro almacenado referido en la figura 2. Si en S311 , el resultado es negativo, entonces el valor del Error P es probado aun mas en S313 para determinar tanto si el Error P (S301 ) es negativo y la derivada de la velocidad del motor (S201 ) es positiva. Un resultado positivo de cualquiera S311 o S313 causa un Rendimiento P = Bajo, valor numérico a ser producido en S315 para el calculo de la Banda P, paso S331. Si ambos S311 y S313 son negativos, entonces el valor del Error P se pasa a S331 para el calculo de la Banda P. El valor de la Banda P es calculado como: Banda P = Error P x Rendimiento P (3) donde: Error P es producido en S301 , S303 y S305, y Rendimiento P es producido en uno de S306, S308 o S315. El cálculo del valor de la Banda P es completado de acuerdo con la ecuación (3) y es disponible en S333. La figura 4 muestra la producción de la señal usada para controlar la activación del triac 4 usando los valores de la Banda D y Banda P de las figuras 2 y 3 (S213 y S331 ). Después del inicio en S401 , el controlador 7 en S403 activa su memoria y secciones de calculo para establecer la velocidad actual del motor y el valor almacenado de la velocidad anterior ambas medidas por el tacómetro 5, a cero. El ángulo de conducción eléctrica del triac 4 también es establecido en cero. En S405, el valor de la velocidad actual es suministrado por el tacómetro y este valor es también proporcionado a S427 donde toma lugar el cálculo del control del ángulo de conducción para el triac 4. La determinación y cálculo de los valores de la Banda D y la Banda P descritos con respecto a la figura 2 (S200) y figura 3 (S300) toma lugar. Estos valores son añadidos en S407 para producir: Error Total = Banda D + Banda P (4) El Error Total es aproximadamente proporcional a la diferencia que el ángulo de conducción del triac desvía del necesario valor preestablecido para producir la velocidad preestablecida del motor. Ambos valores de la Banda D y la Banda P están relacionados a las diferencias de la velocidad actual del motor relativa a la velocidad preestablecida. En S409, el valor del Error Total de S407 es convertido a un ángulo eléctrico necesario para ser usado en la corrección del ángulo de conducción del triac 4 y lograr la velocidad preestablecida del motor. Si es apropiado, el valor de error del grado del ángulo de conducción eléctrica de S409 es limitado en S411 a un valor menor del valor preestablecido, para prevenir la producción de una señal que resultaría en cambios excesivos en el ángulo de conducción del triac 4. Como se indico arriba, el controlador 7 esta programado con un valor digital de referencia que corresponde al ángulo correcto de conducción para que el triac 4 logre la velocidad preestablecida. S413 realiza el cálculo de: Ángulo de Conducción = Ángulo de conducción preestablecido + Error (S411 ) (5) el cual es el valor final a ser utilizado para controlar el ángulo de conducción del triac 4. El valor digital del Ángulo de Conducción Preestablecido es programado por el controlador 7. El valor del Ángulo de Conducción de S413 es limitado en S415 a un valor que no causaría la perdida del control del triac 4. En S417, el valor anterior de la velocidad del motor en S201 es cambiada al valor actual de la velocidad del motor para que sea disponible para el cálculo de la próxima primer derivada de la velocidad del ángulo en S201 , también disponible en S301. La producción de S413 es aplicada a un circuito de control temporizador (S427) el cual aplica una señal digital al convertidor 8 D/A que produce una señal análoga que es aplicada al triac 4 y que controla su ángulo de conducción y por lo tanto la velocidad del motor para obtener la velocidad preestablecida. Debe ser entendido que la adquisición de datos de los diversos parámetros como la velocidad derivada del motor y la diferencia de velocidad y el calculo de la Banda D, Banda P y valores del Error Total pueden ser realizados tan frecuentemente y tantas veces sea necesario. Todo esto es dentro del programa operativo del microprocesador 7 hasta que ocurra dentro de la capacidad operativa del microprocesador.

Características específicas de la invención se muestran en uno o más de los dibujos anexos solamente por conveniencia, ya que cada característica puede ser combinada con otras características de acuerdo con la invención. Combinaciones alternativas podrán ser realizadas por aquellos con habilidades en esta técnica y son incluidas dentro del ámbito de las Reivindicaciones Anexas. Por consiguiente, la descripción anterior puede ser interpretada como ilustrativa y no limitante del ámbito de la invención y todos los cambios obvios y modificaciones serán consideradas dentro del ámbito de la Reivindicaciones Anexas.

Claims (13)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para control de la velocidad de un motor eléctrico que funciona por un triac para mantener una velocidad preestablecida, variando el ángulo eléctrico en el cual el triac es activado, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: - producción de una señal relacionada con la primera derivada de la velocidad del motor; - producción de una señal relacionada con la diferencia en valor entre la velocidad actual del motor y la velocidad preestablecida (Error P); y - producción de una a señal de control basada sobre la mencionada señal relacionada con la primer derivada y el mencionado Error P relacionado con la señal para ajustar el ángulo eléctrico de conducción del triac y operar el motor a la velocidad preestablecida.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el paso para producir dicha primera señal derivada relacionada comprende: - medir la velocidad del motor diferentes veces y calcular la primer derivada de la medida de velocidad del motor; -determinación de un valor de rendimiento (Rendimiento D) del valor de la primera derivada de un intervalo numérico de valores y - producir un valor de banda (Banda D) como el producto del valor de dicha primera derivada calculada y dicho valor de Rendimiento D.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el paso de producción de la mencionada señal relacionada al valor de Error P comprende: - determinación del valor de rendimiento (Rendimiento P) del valor de la señal de Error P desde un intervalo numérico de valores; y - producción de un valor de banda (Banda P) como el producto del valor de dicho Error P y el valor de dicho Rendimiento P.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el paso de producir dicha señal relacionada al valor de dicho Error P comprende: - determinar el valor de rendimiento (Rendimiento P) del valor del Error P desde un intervalo de valores numéricos; y - producir un valor de banda (Banda P) como el producto del valor de dicho Error P y dicho valor de Rendimiento P.

5.- El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el paso para producir dicha señal de control comprende: - producir una señal de la suma de los valores de dicha Banda D y dicha Banda P (Error Total); y - conversión de dicha señal de Error Total en una señal que corresponda al error del ángulo de conducción eléctrica del triac necesario para obtener la velocidad preestablecida del motor.

6.- El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el paso para determinar dicho valor de Rendimiento D incluye tener valores de cero, medianas y valores altos.

7.- El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque el paso para determinar dicho valor de Rendimiento D el cual incluye el tener valor cero, mediana y valores altos, lleva a cabo el paso de determinar el dicho valor de Rendimiento P solo si dicho Rendimiento D es de valor mediano.

8.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el paso de determinar dicho valor de Rendimiento P incluye tener valores bajo y altos en correspondencia a valores bajos y altos de Error P.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque si el valor del Rendimiento P no es ni bajo ni alto y la primera derivada de la velocidad del motor tiene un valor bajo, un Rendimiento P de un valor bajo es producido, si cualquiera de las condiciones en que Error P esta siendo de signo positivo y la primer derivada de la velocidad del motor con un valor negativo, o el Error P es de signo positivo y la primer derivada de la velocidad del motor con valor positivo.

10.- El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque si el valor de Rendimiento P no es ni bajo ni alto y la primera derivada de la velocidad del motor tiene un valor bajo, ningún valor de Rendimiento P es producido si ambas condiciones existen en que el valor del Error P es de signo positivo y la primer derivada de la velocidad del motor tiene valor negativo y en que el valor del error P es de signo positivo y la primer derivada de la velocidad del motor es positiva.

11.- El método en conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque adicionalmente comprende el paso de limitar la señal de Error Total para limitar cambios excesivos del ángulo de conducción eléctrica del triac.

12.- El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque adicionalmente comprende el paso del calculo del ángulo final de conducción eléctrica del triac sumando el ángulo de conducción eléctrica del triac de dicho Error Total al ángulo de conducción eléctrica que produce la velocidad actual del motor.

13.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque comprende el paso de limitar el ángulo final de conducción eléctrica del triac para evitar perdida de control.