MX2007009764A - Dispositivo y metodo de deteccion de temperatura de una maquina electromagnetica giratoria. - Google Patents

Abstract

Un sistema y metodo para determinar la temperatura de una maquina electromagnetica giratoria, tal como un motor electrico o generador; un parametro de calibracion de temperatura se calcula con base en la temperatura de un objeto situado cercano al motor, tal como un impulsor del motor conectado al motor, y un primer valor de resistencia del devanado; en modalidades ejemplares, el impulsor del motor y el primer valor de resistencia son determinados solamente despues de que el motor ha estado inactivo durante algun tiempo determinado; una vez que se calcula el parametro de calibracion, el procesador lo utiliza junto con mediciones de resistencia posteriores para calcular la temperatura del motor.

Description

DISPOSITIVO Y MÉTODO DE DETECCIÓN DE TEMPERATURA DE UNA MAQUINA ELECTROMAGNÉTICA GIRATORIA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a la detección de la temperatura de una máquina electromagnética giratoria tal como un motor o generador eléctrico. En muchas aplicaciones para máquinas electromagnéticas giratorias, la temperatura de la máquina debe de ser monitoreada y manejada. Por ejemplo, las lavadoras de prendas de vestir normalmente son energizadas por un motor eléctrico. Las lavadoras de prendas de vestir residenciales o comerciales son bien conocidas. Un tambor o canasta generalmente cilindricos para mantener las prendas de vestir y otros artículos a ser lavados es montado dentro de un gabinete y se hace girar mediante el motor eléctrico. Durante un ciclo de lavado, el agua y detergente o jabón son forzados a través de la prendas de vestir para lavarla. El detergente es enjuagado de la prendas de vestir, entonces, durante uno o más ciclos de centrifugado, el agua es extraída de la prendas de vestir haciendo girar el tambor. Las lavadoras de eje vertical, tienen el tambor colocado para girar alrededor de un eje vertical. Los artículos a ser lavados son cargados dentro del tambor a través de una puerta, la cual normalmente es colocada en la parte superior de la lavadora. Un eje vertical del tambor de la lavadora incluye un agitador colocado en el mismo, el cual limpia las prendas de vestir empujándola y jalándola hacia abajo dentro del agua. Las lavadoras de eje horizontal tienen el tambor orientado para girar alrededor de un eje esencialmente horizontal. Durante los ciclos de lavado, el tambor de las lavadoras de eje horizontal gira a una velocidad relativamente baja. La velocidad de rotación del tambor es tal, que la prendas de vestir es levantada encima del agua, utilizando placas deflectoras distribuidas alrededor del tambor, luego cae otra vez en el agua que el tambor revuelve. En algunas lavadoras, la dirección de rotación es invertida periódicamente para obtener la acción de lavado deseada. Las lavadoras tanto de eje vertical como de eje horizontal extraen el agua de la prendas de vestir haciendo girar el tambor, de tal manera que la fuerza centrífuga extrae el agua de la prendas de vestir. Es deseable hacer girar el tambor a una velocidad alta y extraer la cantidad máxima de agua de las prendas de vestir en el tiempo más corto posible. El tiempo de giro es reducido, aunque se requiere más fuerza para girar a una velocidad más alta. Cuando el tambor de la lavadora contiene una carga grande, el motor trabaja más duro para hacer girar el tambor. Los motores económicamente dimensionados también pueden calentarse si trabajan continuamente a potencia alta, como puede ocurrir con una carga grande. La potencia utilizada puede ser modulada para controlar la temperatura, si la temperatura es conocida. Desafortunadamente, agregar el hardware para detección de temperatura del motor agrega costo y complejidad al sistema. Por lo tanto, es deseable un medio sin sensor para determinar la temperatura del motor. La presente solicitud se encarga de las deficiencias asociadas con la técnica anterior.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con determinadas enseñanzas de la presente descripción, se proporciona un sistema y método para determinar la temperatura de una máquina electromagnética giratoria tal como un motor periódicamente eléctrico. La máquina (en lo sucesivo denominada simplemente como "el motor") incluye un embobinado que se puede energizar conectado para recibir potencia de una fuente de potencia. Un parámetro de calibración de temperatura es calculado con base en la temperatura de un objeto colocado cerca del motor, tal como un accionamiento motorizado conectado al motor, y un primer valor de resistencia del embobinado. Por ejemplo, un accionamiento motorizado típico incluye un disipador de calor con un dispositivo de medición de temperatura que es conectado al mismo. Este puede ser utilizado para medir la temperatura del accionamiento motorizado. En las modalidades de ejemplo, el accionamiento motorizado y el primer valor de resistencia son determinados únicamente después de que el motor ha estado inactivo durante algún período de tiempo determinado previamente. Un procesador, el cual puede ser un componente del accionamiento motorizado, es programado para determinar el valor de resistencia y para calcular el parámetro de calibración con base en el valor de resistencia y una temperatura medida del accionamiento motorizado. Una vez que el parámetro de calibración es calculado, el procesador lo utiliza junto con las mediciones de resistencia subsiguientes para calcular la temperatura del motor. En aplicaciones en donde el procesador no recibe potencia continua y, por lo tanto, no puede monitorear el tiempo inactivo, un componente externo, tal como un controlador de la máquina, determina si el período de tiempo determinado previamente ha transcurrido. La resistencia del embobinado puede ser determinada aplicando corriente al embobinado y determinando un nivel de voltaje requerido para mantener la corriente en un nivel deseado. Una aplicación adecuada para el método y sistema de detección de temperatura está en un sistema de lavadora de prendas de vestir que incluye un gabinete con un tambor colocado para girar dentro del gabinete. El motor está conectado en forma operativa al tambor para hacer girar el tambor. Con base en las determinaciones de temperatura, la operación del motor puede ser variada para evitar el sobre calentamiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otros objetos y ventajas de la presente invención se volverán evidentes a partir de la lectura de la descripción detallada siguiente y a partir de hacer referencia a los dibujos en los cuales: La Figura 1 , es una vista en perspectiva de un sistema de lavadora de ejemplo que representa determinados aspectos de la presente descripción. La Figura 2, es un diagrama de bloques que ilustra en forma esquemática los componentes del sistema mostrado en la Figura 1. La Figura 3, es un diagrama de bloques que ilustra adicionalmente las porciones del sistema mostradas en las Figuras 1 y 2. Aunque la presente invención es susceptible de diversas modificaciones y formas alternativas, las modalidades específicas de la misma han sido mostradas a modo de ejemplo en los dibujos y son descritas con detalle en la presente. Sin embargo, se deberá comprender que la descripción en la presente de las modalidades específicas no pretende limitar la presente invención a las formas particulares descritas, sino por el contrario, la intención es abarcar todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que se encuentran dentro del espíritu y alcance de la presente invención como se definen mediante las reivindicaciones adjuntas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las modalidades ilustrativas de la presente invención son descritas a continuación. Con el interés de lograr claridad, no son descritas todas las características de una implementación actual en esta especificación. Desde luego, se apreciará que durante el desarrollo de cualquiera de dichas modalidades actuales, numerosas decisiones de implementación específicas deben de ser realizadas para lograr los objetivos específicos de los desarrolladores, tales como con el cumplimiento con restricciones relacionadas con el sistema y relacionadas con el negocio, las cuales podrán variar de una implementación a otra. Además, se podrá apreciar que dicho esfuerzo de desarrollo puede ser complejo y requiere mucho tiempo, aunque no obstante sería una tarea de rutina para aquellos expertos en la técnica que tienen el beneficio de esta descripción. Como se observó anteriormente, la temperatura debe de ser monitoreada y manejada en muchas aplicaciones utilizando máquinas electromagnéticas giratorias, tales como motores eléctricos y generadores. Con el propósito de simplicidad, el término "motor" se refiere a máquinas electromagnéticas giratorias. Un ejemplo de dicha una aplicación es una lavadora de prendas de vestir energizada por un motor eléctrico. La Figura 1 , ilustra una lavadora de ejemplo 101 que representa diversas enseñanzas de la presente descripción. La lavadora 101 mostrada en la Figura 1 es una máquina de eje horizontal, que tiene un tambor 102 colocado en un gabinete 104. La Figura 2, es un diagrama de bloque simple que ilustra determinados de los componentes de la lavadora 101. Un controlador de la lavadora 110 recibe y proporciona entradas y salidas para controlar las diversas operaciones de la lavadora. Este es conectado a un accionamiento motorizado 112 que controla la operación de un motor eléctrico 120, el cual impulsa el tambor 102. La Figura 3, ilustra los aspectos adicionales del accionamiento motorizado 112 y el motor 120. En las modalidades de ejemplo, se emplea un motor de inducción trifásico. El motor 120 incluye un elemento estacionario o estator 122, que tiene una pluralidad de embobinados 124 dispuestos en el mismo. En la modalidad descrita, los embobinados 124 comprenden cable de cobre. Un elemento giratorio, o rotor 126, es colocado dentro del estator 122 para girar en relación con el mismo. En un motor de inducción trifásico, un campo magnético giratorio es establecido aplicando voltajes alternantes sinusoidales trifásicos a los embobinados del estator 124 para efectuar la rotación del rotor 126. El accionamiento motorizado 112 incluye un procesador 130 y un módulo de potencia 132 y éste recibe potencia del control de la lavadora 110 por medio de una línea de potencia principal 134. El módulo de potencia es conectado al motor 120 para energizar el embobinado 124 para operar el motor. Una línea de comunicaciones 140 es conectada entre el controlador de la lavadora 110 y el procesador del accionamiento motorizado 130. Cuando el tambor de la lavadora 102 contiene una carga grande, la temperatura del motor 120 se incrementa a medida que éste trabaja para hacer girar el tambor 102. Como se observó anteriormente, es por lo tanto deseable monitorear la temperatura del motor 120. Es bien conocido que la resistencia en un cable, tal como el embobinado del motor 124, es dependiente de la temperatura. La definición del coeficiente de temperatura, a = (R -R?)lRO*t(T-T?), en donde R y R0 son resistencias y T y TO son temperaturas, conduce al modelo T = kR + Tl La cual se puede reescribír como k = (t = TÍ)/R Ecuación 1 en donde k es un parámetro de calibración, T es la temperatura del motor 120, R es la resistencia de los embobinados 124 y T1 es una constante de la temperatura. La resistencia R del embobinado 124 puede ser medida colocando una corriente constante a través del embobinado 124 y la medición del voltaje requerido para mantener la corriente deseada. En las modalidades de ejemplo, el voltaje terminal es medido y compensado por los otros componentes incluidos en el módulo de potencia 132 según sea necesario. El voltaje es suministrado al motor 120 por una conexión invertida modulada de ancho de onda (PWM) incluida en el módulo de potencia 132. El voltaje PWM requerido para mantener la corriente constante es promediado sobre algún elemento determinado previamente de muestras (4,800 muestras en 16 kHz en una implementación). La temperatura T1 en el modelo es una constante y es una característica de cobre. Los datos del CRC Handbook of Chemistry and Physics, 49ava. Editíon, para resistencia de cables de cobre a temperaturas desde 0 hasta 75°C fueron ajustados a la ecuación 1 mediante regresión lineal para obtener T1 = -233.9° C. En la población de los motores utilizados en una aplicación de la lavadora particular, la resistencia del embobinado a temperatura ambiente varía tanto que podría corresponder a una variación de temperatura de aproximadamente 70°C como se determinó mediante una medición de resistencia. La variación es demasiado grande para ser aceptable, de tal manera que la constante de calibración k debe de ser ajustada para cada motor. En el proceso de fabricación de la lavadora, o el servicio de reparación de la lavadora, es costoso y poco confiable realizar un ajuste en forma manual de k; por consiguiente, es deseable un medio automático de calibración de la medición de la temperatura. Una vez que el motor ha estado inactivo por algún período de tiempo, se puede asumir que el motor se ha enfriado a temperatura ambiente. Una vez que la temperatura del motor alcanza la temperatura ambiente, se puede asumir que la temperatura del motor es la misma o casi la misma que la de otro objeto que está en proximidad cercana al motor. Por lo tanto, si la temperatura del objeto que está en proximidad cercana al motor puede ser determinada, esta temperatura puede ser utilizada para la calibración de la temperatura. En muchas aplicaciones del motor, tales como la aplicación de la lavadora descrita en la presente, el accionamiento motorizado 112 es colocado cercano al motor. El módulo de potencia 132 del accionamiento motorizado incluye un sensor de temperatura del disipador de calor 142 para monitorear la temperatura del módulo de potencia 132 y evitar el daño a sus componentes eléctricos debido al sobrecalentamiento. De acuerdo con las enseñanzas de la presente descripción, el sensor de temperatura 142 del disipador de calor del módulo de potencia es utilizado para establecer que el motor 120 está a una temperatura particular debido a que el motor 120 y el accionamiento motorizado 112 son localizados físicamente cercanos entre si en la lavadora 101. El disipador de calor en el accionamiento motorizado 112 y el motor 120 probablemente tiene diferentes constantes de tiempo térmico e índices de calentamiento - no puede asumirse que el disipador de calor localizado en el accionamiento motorizado 112 y el motor siempre podría ser de la misma temperatura. Para asegurarse de que el motor está a la misma temperatura que el impulsor, debe transcurrir algún período de tiempo una vez que el motor fue energizado antes de que el proceso de calibración sea ejecutado. En una implementación, el período de tiempo es de dos horas.

En una aplicación de la lavadora, el accionamiento motorizado 112 no es energizado en forma continua de tal manera que no puede mantener el rastreo del tiempo inactivo durante un período largo. Sin embargo, el controlador de la lavadora 110 es normalmente energizado en forma continua (la lavadora por sí misma es normalmente conectada en forma continua a la red de potencia). De tal manera que el control de la máquina 110 puede determinar si el período de tiempo requerido ha transcurrido desde que el motor 120 fue energizado la última vez. Cuando el controlador de la lavadora 110 impulsa el accionamiento motorizado 112, éste envía un mensaje que significa "LISTO para calibrar" al impulsor si el período de tiempo determinado previamente ha transcurrido. El accionamiento motorizado 112 calcula entonces un valor para el parámetro de calibración k utilizando el valor de temperatura del disipador de calor Td¡s¡pador de calor para la temperatura del motor y el valor de resistencia del embobinado correspondiente R de la siguiente forma: = ( i disipador de calor "*" J-. 4)/K Como se describió anteriormente, R puede ser medida aplicando un pulso de corriente a través del embobinado 124 y midiendo el voltaje requerido para mantener la corriente deseada. Este valor nuevo para k es almacenado en la memoria no volátil del accionamiento motorizado, y es utilizado para los cálculos de temperatura del motor adicionales con base en las mediciones de resistencia de embobinado subsiguientes.

Por consiguiente, si la temperatura calculada excede algún valor determinado previamente, se puede tomar la acción correctiva. Por ejemplo, en un sistema de ejemplo, la dirección de rotación del tambor es invertida periódicamente. Si la temperatura excede un primer límite de temperatura, un período de espera es agregado o incrementado antes de cambiar la dirección de rotación para permitir al motor enfriarse. Si la temperatura excede un segundo límite, el motor es apagado y se activa una alarma. Las modalidades particulares descritas anteriormente son únicamente ilustrativas, ya que la invención puede ser modificada y practicada en diferentes maneras, aunque equivalentes que son evidentes para aquellos expertos en la materia que tienen el beneficio de las enseñanzas de la presente. Adicionalmente, no se pretende limitación alguna para los detalles de construcción o diseño mostrados en la presente, diferentes a las que se describieron en las Reivindicaciones que se encuentran a continuación. Por consiguiente, es evidente que las modalidades particulares descritas anteriormente pueden ser alteradas o modificadas y todas de dichas variaciones son consideradas dentro del alcance y espíritu de la presente invención. Por consiguiente, la protección buscada en la presente es establecida en las Reivindicaciones siguientes.

Claims (21)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para determinar la temperatura de una máquina electromagnética giratoria, la máquina incluye un embobinado que se puede energizar, el método comprende: determinar un primer valor de resistencia para el embobinado; determinar una temperatura de un objeto colocado cerca de la máquina; calcular un parámetro de calibración de temperatura con base en el primer valor de resistencia y la temperatura del objeto; determinar un segundo valor de resistencia para el embobinado; y calcular una temperatura de la máquina con base en el parámetro de calibración y el segundo valor de resistencia.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente esperar hasta que la máquina ha estado inactiva durante un período de tiempo determinado previamente antes de determinar el primer valor de resistencia y la temperatura del objeto.

3.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque, determinar el primer y segundo valores de resistencia incluye: aplicar corriente al embobinado; y determinar un nivel de voltaje requerido para mantener la corriente en un nivel deseado.

4.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el objeto es un accionamiento motorizado.

5.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el objeto es un accionamiento motorizado que tiene un disipador de calor, y en donde determinar la temperatura del objeto comprende determinar la temperatura del disipador de calor.

6.- Un método para calcular un parámetro de calibración de temperatura para determinar la temperatura de una máquina electromagnética giratoria, la máquina incluye un embobinado que se puede energízar, el método comprende: esperar a que la máquina esté inactiva durante un período de tiempo determinado previamente; determinar un valor de resistencia para el embobinado; determinar una temperatura de un objeto colocado cerca de la máquina; calcular un parámetro de calibración de temperatura con base en el valor de resistencia y la temperatura del objeto.

7.- El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque determinar el valor de resistencia incluye: aplicar corriente al embobinado; y determinar un nivel de voltaje requerido para mantener la corriente en un nivel deseado.

8.- El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el objeto es un accionamiento motorizado.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque el objeto es un accionamiento motorizado que tiene un disipador de calor y en donde determinar la temperatura del objeto comprende determinar la temperatura del disipador de calor.

10.- Un sistema del motor, que comprende: un motor que tiene un embobinado que se puede energizar; un accionamiento motorizado conectado al embobinado; un dispositivo de medición de temperatura conectado al accionamiento motorizado para medir la temperatura del mismo; un procesador programado para determinar un parámetro de calibración de temperatura con base en la temperatura del accionamiento motorizado y un primer valor de resistencia del embobinado; y en donde el procesador es programado adicionalmente para determinar un valor de temperatura del motor con base en el parámetro de calibración y un segundo valor de resistencia del embobinado.

11.- El sistema del motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el procesador determina el parámetro de calibración de temperatura únicamente si ha transcurrido un período de tiempo determinado previamente, durante el cual, el motor ha estado inactivo.

12.- El sistema del motor de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque comprende adicíonalmente un controlador conectado al accionamiento motorizado, en donde el controlador determina si ha transcurrido el período de tiempo determinado previamente.

13.- El sistema del motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el procesador es programado para determinar el primer y segundo valores de resistencia aplicando corriente al embobinado y determina un nivel de voltaje requerido para mantener la corriente en un nivel deseado.

14.- El sistema del motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el accionamiento motorizado incluye un disipador de calor y en donde el dispositivo de medición de temperatura es conectado al disipador de calor para determinar la temperatura del mismo.

15.- El sistema del motor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque el motor es un motor de inducción.

16.- Un sistema de lavadora de prendas de vestir, que comprende: un gabinete; un tambor colocado para girar dentro del gabinete; un motor conectado en forma operativa al tambor para hacer girar el tambor, el motor incluye un embobinado que se puede energizar; un accionamiento motorizado conectado al embobinado; un dispositivo de medición de temperatura conectado al accionamiento motorizado para medir la temperatura del mismo; un procesador programado para determinar un parámetro de calibración de temperatura con base en la temperatura del accionamiento motorizado y un primer valor de resistencia del embobinado; y en donde el procesador es programado adicionalmente para determinar un valor de temperatura del motor con base en el parámetro de calibración y un segundo valor de resistencia del embobinado.

17.- El sistema de lavadora de prendas de vestir de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el motor es un motor de inducción.

18.- El sistema de lavadora de prendas de vestir de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el procesador determina el parámetro de calibración de temperatura únicamente si ha transcurrido un período de tiempo determinado previamente durante el cual el motor ha estado inactivo.

19.- El sistema de lavadora de prendas de vestir de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende adicionalmente un controlador conectado al accionamiento motorizado, en donde el controlador determina si ha transcurrido el período de tiempo determinado previamente.

20.- El sistema de lavadora de prendas de vestir de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el procesador es programado para determinar el primer y segundo valores de resistencia aplicando corriente al embobinado y determinando un nivel de voltaje requerido para mantener la corriente en un nivel deseado.

21.- El sistema de lavadora de prendas de vestir de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el accionamiento motorizado incluye un disipador de calor, y en donde el dispositivo de medición de temperatura es conectado al disipador de calor para determinar la temperatura del mismo.