MXPA05003223A - Sistema y metodo para control automatico limitador de corriente. - Google Patents

Sistema y metodo para control automatico limitador de corriente.

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Un sistema controlador de motor comprende interruptores en estado solido para conexion entre una linea de AC y terminales de motor para controlar la aplicacion de energia de AC al motor. Un detector detecta el voltaje de linea de AC. Un circuito de control controla el funcionamiento de los interruptor en estado solido. El circuito de control cambia paulatinamente la corriente durante el modo de inicio y retiene selectivamente la corriente del interruptor durante el modo de inicio si detecta caidas de voltaje por debajo de una cantidad umbral.

Description

SISTEMA Y MÉTODO PARA CONTROL AUTOMÁTICO LIMITADOR DE CORRIENTE CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con un controlador de motor y más particularmente con un sistema y método para control automático limitador de corriente.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los arrancadores/controladores en estado sólido han encontrado uso ampliamente generalizado para aplicaciones de control de energía a un motor de inducción de AC (corriente alterna) . El arrancador/controlador convencional, denominado en lo siguiente simplemente como un arrancador o un controlador, utiliza interruptores en estado sólido para controlar la aplicación del voltaje de la línea de AC al motor. Los interruptores pueden ser tiristores tales como rectificadores controlados de silicio (SCR) o triacs. Una aplicación para un controlador de motor es en un arrancador de elevador. El arrancador de elevador se puede utilizar para activar una bomba para un elevador hidráulico. Cada vez que se suministran instrucciones de movimiento a un carro elevador, el arrancador debe iniciar o arrancar el motor hasta que alcanza la velocidad de - - operación y después debe funcionar en un modo de funcionamiento. Tal arrancador puede ser utilizado una vez en la dirección hacia arriba dado que la gravedad se puede utilizar para la dirección hacia abajo. Un tipo de arrancador de elevador inícialmente conecta los bobinados del motor en una configuración en Y para iniciar el motor y llevarlo a la velocidad. Después los bobinados se conectan en una configuración en delta con voltaje completo. Otros arrancadores cambian el tiempo de encendido de los interruptores en estado sólido para aumentar paulatinamente la corriente del motor en una conexión fija. Los arrancadores de elevador conocidos tienen interruptores selectores para ajustar un dispositivo de ajuste de limite de corriente de inicio. Dependiendo de la configuración, el ajuste es ajustable de aproximadamente 100% a 450% de la corriente nominal del arrancador. Como una regla general, cuanto mayor sea el ajuste menor será el tiempo de inicio e inversamente, cuanto menor sea el ajuste más prolongado será el tiempo de inicio. En una aplicación de elevador, los usuarios finales están interesados en iniciar el motor tan rápido como se pueda mientras se eliminan los problemas de calidad de energía tales como caídas y flexiones de voltaje y el contacto o frecuencias transitorias de interrupción. Los diseños conocidos utilizan transformadores de corriente para leer la corriente del motor. La corriente se rectifica y filtra antes de que sea leída por un convertidor analógico a digital en un procesador de señal digital (DSP) . Debido al filtrado existe un retraso entre la corriente en la línea y la señal real que recibe el DSP. En algunos sistemas de control de elevador con carga variable, la carga se puede llevar a una velocidad en un dispositivo particular sin ninguna caída de voltaje cuando el sistema de energía presenta una carga ligera. El mismo ajuste puede provocar que el voltaje de línea caiga cuando el sistema de energía se carga en o cerca de su capacidad por ejemplo durante los meses de verano cuando la demanda de energía es extremadamente alta y son comunes condiciones de suministro de baja tensión. En tales situaciones, el límite de corriente de inicio habitualmente se ajusta a un ajuste más bajo, discutido en lo anterior. Aunque esto asegura que el arrancador comenzará la carga con fluctuaciones mínimas de voltaje, se gasta tiempo adicional en el arranque con una corriente menor. Como se puede apreciar, si el arrancador no se ajusta inicialmente de manera correcta, entonces se pueden requerir viajes repetidos de regreso a una instalación para un ajuste adicional con el fin de eliminar caídas de voltaje. Las aplicaciones de arrancador que utilizan generadores de soporte pueden tener problemas similares.
- Cuando se apaga el funcionamiento de la línea de energía, los voltajes que entran puede ser confiables y permitir corrientes de inicio que exceden de 300% de los arrancadores nominales. No obstante, cuando un generador de soporte está dotando de energía al sistema, entonces se pueden ver caídas de voltaje con ajustes de límite de corriente superiores a 200%. Con el fin de permitir que un sistema funcione sin caídas de voltaje excesivas, el ajuste para el generador debe tener que utilizarse incluso aunque se agregaría un tiempo necesario adicional a cada inicio cuando el sistema es desconectado de la energía de la línea . La presente invención se dirige a la solución de uno o más de los problemas discutidos en lo anterior, de una manera novedosa y sencilla.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invención, se proporciona un sistema y método para el control automático de límite de corriente en un controlador de motor. De manera amplia, de acuerdo con un aspecto de la invención, se describe un sistema controlador de motor que comprende interruptores en estado sólido para conexión entre una línea de AC (corriente alterna) y terminales de motor para controlar la aplicación de energía de AC al - motor. Un detector detecta el voltaje de línea de AC . Un circuito de control controla el funcionamiento de los interruptores en estado sólido. El circuito de control cambia paulatinamente la corriente del interruptor durante el modo de inicio y retiene selectivamente la corriente del interruptor durante el modo de inicio si detecta caída de voltaje por debajo de una cantidad umbral. Una característica de la invención es que ei circuito de control disminuye la corriente del interruptor durante el modo de inicio si detecta caídas de voltaje por debajo de un umbral reducido. Otra característica de la invención es que el circuito de control vuelve a adquirir el cambio paulatino de corriente del interruptor durante el modo de inicio si el voltaje detectado se recupera por encima de la cantidad umbral. El circuito de control de corriente vuelve a asumir el cambio paulatino de corriente del interruptor a una velocidad disminuida de incremento. Otra característica adicional de la invención es proporcionar detectores de corriente para detectar la corriente del interruptor. Una característica adicional de la invención es que los interruptores en estado sólido comprenden los SCR y se puede ajustar el ángulo de activación para controlar la corriente del interruptor.
- - Se describe, de acuerdo con otro aspecto de la invención, un sistema arrancador de motor que comprende interruptores en estado sólido para conexión entre una línea de AC y terminales de motor para controlar la aplicación de energía AC al motor. Un detector de voltaje detecta el voltaje de la línea de AC. Los detectores de corriente detectan la corriente del interruptor. Un circuito de control se conecta opera ivamente al detector de voltaje y los detectores de corriente para controlar el funcionamiento de los interruptores en estado sólido durante el modo de inicio. El circuito de control cambia paulatinamente la corriente del interruptor en un intervalo preseleccionado durante el modo de inicio y retiene selectivamente la corriente del interruptor durante el modo de inicio si el voltaje detectado desciende por debajo de una cantidad umbral. De acuerdo con un aspecto de la invención se describe el método de limitación de la corriente durante el arranque o inicio del motor, que comprende: suministrar interruptores en estado sólido para conexión entre una línea de AC y terminales de motor para controlar la aplicación de energía de AC al motor; detectar el voltaje de la línea de AC; detectar la corriente del interruptor; cambiar paulatinamente la corriente a través de los interruptores en estado sólido durante el inicio del motor; - - y retener selectivamente constante la corriente dej interruptor durante el inicio del motor si el voltaje detectado desciende por debajo de un umbral. Las características y ventajas adicionales de la invención serán evidentes fácilmente a partir de la especificación y de los dibujos.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista en perspectiva de un controlador de motor de acuerdo con la invención; La figura 2 es un diagrama de bloques del controlador de la figura 1 ; la figura 3 es un diagrama de cableado del controlador de motor de la figura 1 conectado a un motor en una configuración delta; la figura 4 es una curva que ilustra el control de corriente de los SCR del controlador de motor; y la figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra el módulo de control de límite de corriente de inicio de motor implementado por un procesador de la figura 2.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia inicialmente a la figura 1, se ilustra un arrancador/controlador 20 de motor en estado sólido, denominado en lo siguiente simplemente co o un arrancador o un controlador. Una aplicación para el controlador 20 es un arrancador de elevador. El controlador 20 de motor se puede utilizar para impulsar una bomba para un elevador hidráulico. Cada vez que se suministran instrucciones de movimiento a un vehículo elevador, el controlador 20 de motor debe iniciar el motor elevador hasta que alcanza la velocidad de operación y después funciona en un modo de funcionamiento. Tal controlador 20 de motor puede ser utilizado únicamente en la dirección hacia arriba dado que la gravedad puede ser utilizada para la dirección hacia abajo. El controlador 20 de motor comprende un alojamiento 22 que incluye una base 24 de alojamiento, un disipador térmico 26 y una cubierta 28. El controlador 20 de motor incluye una pluralidad de interruptores 32 en estado sólido en forma de tiristores, tales como espalda contra espalda conectados a pares de rectificadores controlados de silicio (SCR) , véase la figura 2. Por sencillez en la presente, los pares SCR se denominan simplemente como los SCR. También se pueden utilizar Triases. Los SCR 32 controlan la aplicación del voltaje de línea de AC trifásica a un motor trifásico. Como es evidente, se puede utilizar un número diferente de SCR 32 para controlar los diferentes números de fases, como es evidente para aquellos expertos en la técnica .
- Los SCR 32 se montan en el disipador térmico 26 dentro del alojamiento 20. Con referencia también a la figura 2, un circuito 34 de control también está incluido dentro del alojamiento 20. El circuito 34 de control controla el funcionamiento de los SCR 32. Particularmente, el circuito 34 de control incluye un procesador 36 programado, tal como un procesador de señal digital, para alojar la operación de los SCR 32. Se conecta una memoria 38 al procesador 36 y almacena programas e información de configuración en relación al funcionamiento de los SCR 32 como se describe posteriormente . El procesador 36 se conecta a tres circuitos 40 de interconexión, cada uno para conexión a uno de los SCR 32. Particularmente, los circuitos 40 de interconexión comprenden circuitos amortiguadores para impulsar a los SCR 32 y circuitos de detección de voltaje para detectar el voltaje de línea y el voltaje de terminal de motor, que representan el voltaje a través de los SCR 32. Un transformador 42 de corriente detecta la corriente de cada uno de los SCR 32 y se conecta a un circuito 44 de detección de corriente. Se pueden utilizar otros tipos de detectores de corriente. El circuito 44 de detección de corriente también se conecta al procesador 36. Una pantalla 44 de LCD sobre la cubierta 22, véase la figura 1, se conecta al procesador 36. La pantalla - - 44 se utiliza para indicar los ajustes de configuración, valores de operación, condiciones de falla y similares. Los interruptores 46 accionadles por el usuario se conectan eléctricamente al procesador 36. Los interruptores 46 accionables por el usuario son accionados por elementos 48 accionadores sobre la cubierta 22 de alojamiento, véase la figura 1. De manera particular, los interruptores 46 se utilizan para seleccionar localmente parámetros para la información de configuración almacenada. Con referencia a la figura 3, un esquema eléctrico ilustra la conexión de los SCR 32 de la figura 2 a los bobinados de motor en una configuración típica en delta. Por ejemplo, uno de los SCR 32 se conecta entre un primer voltaje de línea en fase Ll y una primera terminal de motor TI . El primer bobinado Wl de motor se conecta en serie con los SCR 32 entre la terminal TI de motor y otra terminal T4 de motor. Los transformadores 42 de corriente detectan la corriente a través del bobinado Wl . También se conecta en serie un contacto FC1 de falla. Las otras patas de la configuración en delta generalmente son similares y son de naturaleza convencional. Como es evidente, se pueden utilizar otras configuraciones de motor en relación con el sistema y métodos que se describen. El procesador 36 de la figura 2 opera de acuerdo con un programa de control para controlar el funcionamiento - de los SCR 32. Particularmente, cada SCR 32 se controla convencionalmente para satisfacer los requerimientos de voltaje y de corriente. Esto se realiza al alterar el ángulo de activación de los SCR 32. La figura 4 muestra una ilustración gráfica que incluye una curva 50 de línea que representa la corriente de entrada. Una flecha 52 vertical representa el ángulo de activación de los SCR 32. Como es convencional, el ángulo 52 de activación se controla por el procesador 36 para satisfacer los requerimientos de operación. Para disminuir la corriente, el- ángulo 52 de activación se puede mover a la derecha en la figura 4 para disminuir el tiempo de conducción. Inversamente, para incrementar la corriente, el ángulo 52 de activación se puede mover a la izquierda para incrementar el tiempo de conducción, como es bien sabido. Durante el modo de inicio o arranque, el procesador 36 aumenta paulatinamente la corriente a fin de avanzar gradualmente el ángulo 52 de activación en un tiempo especificado para satisfacer los valores de tiempo de aceleración y momento de torsión de aceleración hasta un valor establecido límite de corriente de inicio seleccionado. Al ajustar el retraso en la activación de los SCR 32, el procesador 36 puede mantener este nivel. Conforme se incrementa la velocidad del motor, la corriente comienza a disminuir. El procesador 36 incrementa continuamente el voltaje de desviación de la reducción en la corriente. Esto mantiene una corriente constante en la instalación del interruptor de límite de corriente de inicio lo que proporciona que el voltaje del motor se puede incrementar a una velocidad mayor que la disminución en la resistencia de deslizamiento del motor conforme el motor adquiera mayor velocidad. Posteriormente, durante un modo de corrimiento, el circuito 34 de control aplica voltaje completo al motor. De acuerdo con la invención, el circuito 34 de control utiliza un módulo 54 de control de límite de corriente de inicio de motor, véase la figura 2, para proporcionar un control de límite de corriente automático durante el modo de inicio. El límite de corriente al inicio es ajustable ya sea en amperios de 115% a 425% en una unidad estándar, o en un porcenta e de la sobrecarga establecida, de 150% a 450%, utilizando los interruptores 46 accionables por el usuario o un teclado de un dispositivo de configuración externa. El módulo 54 de control de límite de corriente automática cambia paulatinamente las corrientes desde ya sea el 115% o el 150% establecidos a ya sea el 425% o 450% en cada inicio durante un período, por ejemplo, de 250 milisegundos . Durante el cambio paulatino, el procesador 36 monitorea la magnitud de los voltajes de línea que entran utilizando los circuitos 40 de detección de voltaje. Si la magnitud de voltaje desciende por debajo de un umbral seleccionado, entonces el procesador 36 mantiene constante el ajuste da límite de corriente en su valor de cambio gradual presente. Como un ejemplo, el umbral se puede basar en 95% de un promedio de la energía que entra recuperada durante los dos minutos anteriores. Si el voltaje detectado continúa descendiendo, entonces el procesador 36 reduce el ajuste de límite de corriente hasta que el voltaje ya no desciende o hasta que se alcanza un valor mínimo de dos veces la sobrecarga. Después de retener o reducir el límite de corriente establecido, el voltaje comienza a ascender, y entonces nuevamente se incrementa el cambio paulatino ya sea en el ajuste a 425% o 450% a un cuarto de la velocidad de cambio paulatino previa. Si el voltaje desciende nuevamente, el procesador 36 mantiene o reduce el valor establecido de límite de corriente en base en la manera en que reacciones el voltaje que entra. Con referencia a la figura 5, un diagrama de flujo ilustra el programa para el módulo 52 de control de límite de corriente de inicio de motor. Este módulo se inicia cada vez que se suministra la instrucción de inicio de operación por parte del procesador 36. El módulo comienza en el nodo 60 el cual comienza el cambio paulatino de corriente, como se discute en lo anterior, Un bloque 62 de decisión determina si se detecta una variación ;n el - - voltaje. La caída en el voltaje de línea puede ser mayor que el porcentaje predeterminado, tal como 95% discutido en lo anterior, o un porcentaje ajustable. Esto se puede utilizar ante la configuración del sistema. Si no existe variación en el voltaje, entonces el controlador regresa al bloque 60 para continuar el cambio paulatino. Si se detecta una interrupción en el voltaje, entonces el control avanza a un bloque 64 el cual mantiene constante el límite de corriente en el punto en donde el voltaje comenzó a variar. Posteriormente, un bloque 66 de decisión determina si se recupera el nivel de voltaje. Si es así, el control avanza a un bloque 68 el cual disminuye la velocidad de incremento y después de regreso al bloque 60. Como un resultado, el cambio paulatino de corriente resume el establecimiento máximo, aunque a una velocidad disminuida. Como es el evidente, el bloque 68 puede ser eliminado o configurado para mantener la velocidad de cambio paulatino original. Regresando al bloque 66 de decisión, si el voltaje no se ha recuperado, entonces el bloque 70 de decisión determina si el voltaje continúa interrumpiéndose con el límite de corriente establecido el cual se mantiene constante en el punto en donde se detectó la primera variación. Si es así, entonces el procesador 36 disminuye el límite de corriente establecido en el bloque 72 y regresa al bloque 64. Como un resultado, el procesador 36 disminuye el límite de corriente que se ha establecido ya sea hasta que el voltaje se recupera a un nivel por encima del punto en donde se detectó la primera variación u opcionalmente hasta que el límite de corriente disminuye a 200% del valor establecido de sobrecarga. Utilizando el módulo 54 de control de límite de corriente, la carga se lleva hasta una velocidad en un tiempo mínimo permitido en base en la condición de la energía existente. Al utilizar dicho modo de inicio o arranque, el controlador 20 del motor puede compensar el caso de líneas débiles, generadores de emergencia y condiciones de carga pico al ajustar el límite de corriente para proporcionar los tiempos de inicio más rápidos bajo cualquier condición. Por lo tanto, se puede apreciar que se ha descrito un sistema y método nuevo y novedoso para controlar automáticamente el límite de corriente en un controlador de motor. Se apreciará por aquellos expertos en la técnica que, dadas las enseñanzas en la presente se observarán que existen numerosas alternativas y equivalentes las cuales incorporan la invención descrita. Como un resultado, la invención no se limita a las modalidades ejemplares precedentes sino únicamente por las reivindicaciones que siguen.

Claims (21)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de control de motor que comprende: interruptores en estado sólido para conexión entre una línea de AC y terminales de motor para controlar la aplicación de energía de AC al motor; un detector para detectar el voltaje de línea de AC; y un circuito de control para controlar el funcionamiento de los interruptores en estado sólido, el circuito de control cambia paulatinamente la corriente del interruptor durante un modo de inicio o arranque y mantiene selectivamente la corriente del interruptor durante el modo de inicio si el voltaje detectado disminuye por debajo de una cantidad umbral .
2. El sistema controlador de motor como se describe en la reivindicación 1, en donde el circuito de control disminuye la corriente del interruptor durante el modo de inicio si el voltaje detectado desciende por debajo de una cantidad umbral reducida.
3. El sistema controlador de motor como se describe en la reivindicación 1, en donde el circuito de control reasume el cambio paulatino de la corriente del interruptor durante el modo de inicio si el voltaje detectado se recupera por encima de la cantidad umbral.
4. El sistema controlador de motor como se describe en la reivindicación 3, en donde el circuito de control reasume el cambio paulatino de corriente de interruptor a una velocidad de incremento disminuida.
5. El sistema controlador de motor como se describe en la reivindicación 1, que comprende además detectores de corriente para detectar la corriente del interruptor .
6. El sistema controlador de motor como se describe en la reivindicación 1, en donde les interruptores en estado sólido comprenden los SCR y se ajusta el ángulo de activación para controlar la corriente en el interruptor .
7. Un sistema arrancador de motor, que comprende: interruptores en estado sólido para conexión entre una línea AC y terminales de motor para controlar la aplicación de energía de AC al motor; un detector de voltaje para detectar el voltaje de línea de AC; detectores de corriente para detectar la corriente del interruptor; y un circuito de control conectado operativamente al detector de voltaje y los detectores de corriente para controlar el funcionamiento de los interruptores en estado sólido durante el modo de inicio, el circuito de control cambia paulatinamente la corriente del interruptor en un intervalo preseleccionado durante el modo de inicio y mantiene selectivamente la corriente de interruptor durante el modo de inicio si el voltaje detectado desciende por debajo de una cantidad umbral .
8. El sistema arrancador de motor como se describe en la reivindicación 7, en donde el circuito de control disminuye la corriente de interruptor durante el modo de inicio si el voltaje detectado desciende por debajo de una cantidad umbral reducida.
9. El sistema arrancador de motor como se describe en la reivindicación 7, en donde el circuito de control reasume el cambio paulatino de corriente del interruptor durante el modo de inicio si el voltaje detectado se recupera por encima de la cantidad umbral.
10. El sistema arrancador de motor como se describe en la reivindicación 9, en donde el circuito de control reasume el cambio paulatino de corriente del interruptor a una velocidad de incremento disminuida.
11. El sistema arrancador de motor como se describe en la reivindicación 7, en donde los interruptores en estado sólido comprenden los SCR y se ajusta el ángulo de activación para controlar la corriente del interruptor.
12. Un sistema arrancador de motor, que comprende: un medio de interruptor en estado sólido para conexión entre una línea de AC y terminales de motor para controlar la aplicación de energía de AC al motor; medio de detección de voltaje para detectar el voltaje de línea de AC; medio de detección de corriente para detectar la corriente del interruptor; y un medio de control de inicio conectado operativamente al medio de detección de voltaje y el medio de detección de corriente para controlar el funcionamiento del medio de interruptor en estado sólido durante un modo de inicio, el medio de control de inicio cambia paulatinamente la corriente a través del medio interruptor durante el modo de inicio y mantiene selec ivamente la corriente en el medio de interruptor durante el modo de inicio si detecta caídas de voltaje por debajo de un umbral.
13. El sistema arrancador de motor como se describe en la reivindicación 12, en donde el medio de control de inicio disminuye la corriente del medio de interruptor durante el modo de inicio si el voltaje detectado desciende por debajo de una cantidad umbral reducida .
14. El sistema arrancador de motor como se describe en la reivindicación 12, en donde el medio de control de inicio reasume el cambio paulatino de corriente del medio de interruptor durante el modo de inicio si el voltaje detectado se recupera por encima de la cantidad umbral .
15. El sistema arrancador de motor como se describe en la reivindicación 14, en donde el medio de control de inicio reasume el cambio paulatino de corriente del medio interruptor a una velocidad de incremento disminuida .
16. El sistema arrancador de motor como se describe en la reivindicación 12, en donde el medio interruptor en estado sólido comprende los SCR y se ajusta el ángulo de activación para controlar la corriente.
17. Un método para limitar la corriente durante el inicio o arranque de un motor, que comprende: suministrar interruptores en estado sólido para conexión entre una línea de AC y terminales de motor para controlar la aplicación de energía de AC al motor; detectar el voltaje de línea de AC; detectar la corriente del interruptor; cambiar paulatinamente la corriente a través de los interruptores en estado sólido durante el inicio del motor; y mantener selectivamente constante la corriente del interruptor durante el inicio del motor si se detectan caídas de voltaje por debajo de un umbral.
18. El método como se describe en la reivindicación 17, que comprende además disminuir la corriente del interruptor durante el modo de inicio del motor si se detectan caídas de voltaje por debajo de una cantidad umbral reducida.
19. El método como se describe en la reivindicación 17, que comprende además reasumir el cambio paulatino de corriente del interruptor durante el inicio del motor si se detectan recuperaciones de voltaje por encima de la cantidad umbral.
20. El método como se describe en la reivindicación 17, en donde el hecho de reasumir el cambio paulatino de corriente del interruptor durante el inicio del motor comprende reasumir el cambio paulatino de corriente a una velocidad de incremento disminuida.
21. Un arrancador de elevador, que comprende: interruptores en estado sólido para conexión entre una línea de AC y terminales de motor para controlar la aplicación de energía de AC al elevador; un detector de voltaje para detectar el voltaje de línea de AC; detectores de corriente para detectar la corriente del interruptor; y un circuito de control conectado operativamente al detector de voltaje y los detectores de corriente para controlar el funcionamiento de los interruptores en estado sólido durante el modo de inicio o arranque, el circuito de control cambia paulatinamente la corriente del interruptor en un intervalo preseleccionado durante el modo de inicio y mantiene selectivamente la corriente del interruptor durante el modo de inicio si el voltaje detectado desciende por debajo de una cantidad umbral.
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