WO1998007918A1 - Sistema electronico de control de velocidad para aplicacion en electrodomesticos que sean accionados por motores de induccion o reluctancia variable - Google Patents

Sistema electronico de control de velocidad para aplicacion en electrodomesticos que sean accionados por motores de induccion o reluctancia variable Download PDF

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WO1998007918A1 PCT/ES1997/000154 ES9700154W WO9807918A1 WO 1998007918 A1 WO1998007918 A1 WO 1998007918A1 ES 9700154 W ES9700154 W ES 9700154W WO 9807918 A1 WO9807918 A1 WO 9807918A1
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José Joaquín IRANZO GONZALEZ
Kalman Tibor Halasz Zavodni
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Iranzo Gonzalez Jose Joaquin
Halasz Z Kalman Tibor
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    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers

Definitions

  • the present specification refers to a patent application for invention relating to an electronic speed control system for industrial application in household appliances that are driven by variable induction or reluctance motors, whose obvious purpose is to achieve a more efficient operation with a lower energy cost, managing to comply with the new European regulations regarding radio disturbance requirements and electromagnetic compatibility concerns, obtaining at the same time a substantial reduction in the noise generated, achieving increasing the feeling of comfort around the installation or machine commanded by the electronic system in question.
  • This invention has its application within the industry dedicated to the manufacture of variable induction or reluctance motors, which require working in a range of different fixed or variable speeds, and which may require acceleration ramps, or other similar characteristics.
  • washing machines of totally conventional use, in which it is required to work with different speeds, depending on the function being performed, that is, washing, rinsing, distribution or centrifugation, also requiring changes in direction of rotation, acceleration ramps for load distribution and different work rates on / off.
  • a washing machine requires, first of all, a washing between 35 and 55 revolutions per minute with turning inversion.
  • washing machine in question requires a distribution between 90 and 110 revolutions per minute, with acceleration ramp for a correct distribution of the items to be washed inside the driven container, known as a drum, to which water and detergents are subsequently added.
  • the washing machine performs centrifugation stages, in which its speed ranges between 400 and 600 revolutions per minute, reaching high centrifuges, in which the revolutions range between 800 and 1,400 revolutions per minute.
  • the machine in question has the characteristics of water inlet, level, temperature, timing on / off, water evacuation, safety of doors and others of less importance for the present analysis, which are not considered here.
  • the control system used in washing machines or similar is based on an inverter by pulse width modulation, capable of establishing different reference points, that is, voltage / current / - frequency, and thus achieving the appropriate parameters, for be able to vary the working speed of the motor and therefore the speed of the drum of the washing machine, depending on the ratio of pulleys and the number of poles of the motor.
  • the control of current consumed by the motor should be established, in order to avoid that in the event of any abnormal operation due to short circuit, blockage, etc., the system is protected preventing possible damage to the speed control , on the machine or on the electricity grid. It would also be ideal to have a built-in system that has the possibility of analyzing the current consumed before moving to high speeds, in order to study the degree of load balance.
  • the electronic speed control system for application in household appliances that are driven by variable induction or reluctance motors that the invention proposes, constitutes in itself an obvious novelty within its field of application, since according to the existence of an establishment of control of current consumed by the engine, allows the possibility of restarting the work, after a waiting time in order to analyze if the causes have been remedied and thus be able to continue the work cycle, being able to make alarm decisions, definitive stop, etc. ., apart from preventing the operation of the installation in the event of short-circuit, blocking, etc. anomalies.
  • Another suitable feature of the invention consists in being able to analyze the current consumed before moving to high speeds, since depending on the measured imbalance, different preset alternatives may be taken, such as resetting the distribution process. load, and / or decrease the final spin speed to values that do not pose a risk to the machine, avoiding variations and harmful noises.
  • Another novel feature of the invention is that in order to be provided with the possibility of incorporating safety and drive functions into the control system, it is possible to obtain direct control over the water level, temperature, turning inversions and complete work programs. , being able to assume configured drives such as motor-pumps, timers, door safety, etc., and at the same time in order to vary the voltage amplitude can reduce energy consumption, while at the same time increasing the performance of the assembly.
  • the electronic speed control system for application in household appliances that are driven by variable induction or reluctance motors object of the invention is constituted from the open-loop operation with fixed definition of the different work points, it is that is to say, voltage / current / frequency points, empirically, for each type of machine or specific application, achieving with this work the cost reduction, since the speeds previously defined within a range accepted by the machine manufacturer and that of the control, while reducing the number of components and additional circuitry.
  • control for its flexibility will incorporate a closed loop system, in order to increase the accuracy of the drive.
  • the invention has the establishment of input filters in the power supply and prior to the power stage, with the purpose of preventing the disturbance produced in the network from affecting the control system, and on the other that the system which is recommended to affect the network, complying with European regulations in this regard, in terms of electrical disturbances and electromagnetic compatibility, increasing the reliability of the product and reducing the input filter of the machine with the economic improvement that this entails.
  • the invention has the placement of a regeneration filter of the counter-electromotive currents and voltages of the motor, which can damage the control system, with the dual purpose of increasing reliability, and on the other of returning the excess energy to the power supply with consequent energy savings.
  • the invention has a control of the input voltage, in order to correct the work parameters necessary to keep the voltage / current / frequency ratio unalterable, so that the machine is not affected in its final work, managing to maintain the same final performance, starting torque, washing speeds, etc. , and avoiding possible overheating.
  • Figure number 1 Diagrammatically shows the different elements that make up the invention relating to an electronic speed system for application in household appliances that are driven by variable induction or reluctance motors.
  • the microcontroller (10) establishes the necessary corrections in the working parameters, so that the speed remains constant, avoiding if necessary the supercharging of the motor (5).
  • An electronic power supply (8) will be responsible for supplying voltage and current to the electronics and said microcontroller (10), is configured as the fundamental piece of the system, being the microcontroller itself (10), through the decoder (11 ), the PWM generator (12), the driver (9), and the power stage (4), which will generate the working power of the motor (5).
  • the microcontroller (10) to establish the different work points, will use a pre-established program that, together with the various Safety and control signals provided by other sensors or devices of the machine, will establish the voltage / current / frequency ratio necessary to drive the induction motor (5), so that it is operated with the appropriate speed and direction of rotation.
  • the microcontroller (10) may count safety and work sensors such as liquid levels, temperature, door closures, etc., and may operate devices other than the main motor such as pumps, timers, heating or other resistances, or at the same time give alarm signals and information.
  • safety and work sensors such as liquid levels, temperature, door closures, etc.
  • devices other than the main motor such as pumps, timers, heating or other resistances, or at the same time give alarm signals and information.
  • the operation of analysis of the current consumed during a preset period of operation of the machine will be carried out, in order to decide the maximum spin speed, or even the realization or not of it, because of this analysis, an interpretation will be obtained that will generate the greater or lesser imbalance in the load, and at the same time the possible damages that may occur to the installation or the machine at a high spin speed will be determined.
  • the invention has command, control and safety signals (40) and (41), which are incorporated in the microcontroller (10), which has outputs (50) and (51) intended to operate auxiliary drives.

Abstract

Sistema electrónico de control de velocidad para aplicación en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia variable, que consiste en la entrada de corriente a través de líneas (30, 31), pasando a un bloque de filtrado y protección conectado a través de la línea (32) con un microcontrolador (10), y a la vez con una fuente de alimentación electrónica (8), estando conectada la fuente de alimentación electrónica con un bloque de rectificado y filtrado de potencia, y éste a su vez con un bloque de filtro regeneración (3) conectado con la etapa de potencia (4), el driver (9), el generador de PWM (12), y el decodificador (11), poniendo en funcionamiento el conjunto a un motor (5), que acciona una polea de motor (6) y una polea de tambor (7), conectada mediante una correa (20).

Description

SISTEMA ELECTRÓNICO DE CONTROL DE VELOCIDAD PARA APLICACIÓN EN ELECTRODOMÉSTICOS QUE SEAN ACCIONADOS POR MOTORES DE .INDUCCIÓN O RELUCTANCIA VARIABLE
D E S C R I P C I ÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente memoria descriptiva se refiere a una solicitud de patente de invención relativa a un sistema electrónico de control de velocidad para aplicación industrial en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia variable, cuya evidente finalidad estriba en conseguir un funcionamiento más eficaz con un menor costo energético, logrando cumplir la nueva normativa europea en cuanto a requerimientos de disturbios radioeléctricos y de compatibilidad electro- magnética se refiere, obteniéndose al mismo tiempo una reducción sustancial en cuanto al ruido generado se refiere, logrando incrementar la sensación de confort alrededor de la instalación o de la máquina comandada por el sistema electrónico en cuestión.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Eβta invención tiene su aplicación dentro de la industria dedicada a la fabricación de motores de induc- ción o reluctancia variable, que requieran trabajar en una gama de diferentes velocidades fijas o variables, y que puedan necesitar rampas de aceleración, u otras características similares.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN A título de ejemplo y como una aplicación opcional, el solicitante tiene conocimiento de la existencia de máquinas lavadoras, de uso totalmente convencional, en las cuales se requiere trabajar con distintas velocidades, según la función que esté realizando, es decir lavado, aclarado, distribución o centrifugado, requiriendo además cambios de sentido de giro, rampas de aceleración para distribución de la carga y diferentes ritmos de trabajo on/off.
Obviamente esta aplicación puede trasladarse a cualquier máquina, instalación industrial o electrodoméstico que actúa de forma similar a la re-querida a una lavadora.
Una lavadora requiere e ectuar en primer lugar un lavado entre 35 y 55 revoluciones por minuto con inversión de giro.
También la máquina lavadora en cuestión requiere efectuar una distribución entre 90 y 110 revoluciones por minuto, con rampa de aceleración para una correcta distribución de los artículos a lavar dentro del recipiente accionado, conocido como tambor,al cual se añade posteriormente agua y detergentes.
La máquina lavadora realiza etapas de centrifugado, en las cuales su velocidad oscila entre 400 y 600 revoluciones por minuto, llegando a centrifugados altos, en loe cuales las revoluciones oscilan entre 800 y 1.400 revoluciones por minuto.
La máquina en cuestión cuenta con las características de entrada de agua, nivel, temperatura, tempori- zacioneβ on/off, evacuación del agua, seguridad de puertas y otras de menor importancia para el presente análisis, que aquí no se consideran.
A tenor de lo anteriormente citado, las velocidades mencionadas anteriormente se entienden en el tambor de la lavadora y dada su diferencia que oscila entre 35 r.p.m. a 1.400 r.p.m., se utilizan dos poleas, es decir motor y tambor, unidas entre sí mediante una correa de transmisión.
El sistema de control empleado en máquinas lavadoras o similares se basa en un inverter por modulación de anchura de impulsos, capaz de establecer diferentes puntos de referencia, es decir, tensión/corriente/- frecuencia, y conseguir de esta forma los parámetros adecuados, para poder variar la velocidad de trabajo del motor y por consiguiente la velocidad del tambor de la lavadora, en función de la relación de poleas y el número de polos del motor.
El solicitante considera que se podría potenciar de forma taxativa la actuación de instalaciones y aparatos accionados por motores de inducción o reluctancia variable, si la señal de tensión/corriente/frecuen- cia, y las protecciones y seguridades del conjunto, se trataran adecuadamente, así como implementando con mejoras el filtrado y funcionamiento de las mismas.
En primer lugar se debería realizar el estable- cimiento de un control de corriente consumida por el motor, con el fin de evitar que ante cualquier funcionamiento anómalo por cortocircuito, bloqueo, etc., el sistema quede protegido impidiendo posibles daños en el control de velocidad, en la máquina o en la red eléctri- ca. También sería idóneo contar con un sistema incorporado que cuente con la posibilidad de analizar la corriente consumida antes de pasar a velocidades altas, con el fin de estudiar el grado de equilibrio de la carga .
Respecto al trabajo con frecuencias portadoras de alimentación del motor, éstas deberían estar fuera del espectro audible, con fin de lograr un bajo ruido de funcionamiento aumentando la sensación de confort en el área de trabajo de la máquina.
También sería conveniente contar con la posibilidad de incorporar en el sistema de control diversas funciones de seguridad y accionamientos, con el fin de lograr una reducción del costo del conjunto.
Igualmente, sería deseable contar con la posibilidad de variar la amplitud de tensión una vez superado el par de arranque del motor.
Sin embargo por parte del solicitante no se tiene conocimiento de la existencia en la actualidad de ninguna invención que aplique como sistema electrónico de control de velocidad esté dotada de las características señaladas como idóneas .
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El sistema electrónico de control de velocidad para aplicación en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia variable que la invención propone, constituye en si mismo una evidente novedad dentro de su campo de aplicación, ya que a tenor de la existencia de un establecimiento de control de corriente consumida por el motor, permite la posibilidad de reiniciar el trabajo, tras un tiempo de espera con objeto de analizar si las causas se han subsanado y poder de esta forma continuar el ciclo de trabajo, pudiendo tomar decisiones de alarma, paro definitivo, etc., al margen de evitar el funcionamiento de la instalación ante anomalías por cortocircuito, bloqueo, etc..
Otra característica idónea de la invención consiste en estar dotada de la posibilidad de analizar la corriente consumida antes de pasar a velocidades altas, ya que en función del desequilibrio medido, se podrán tomar distintas alternativas preestablecidas, tal y como puede ser reinicializar el proceso de distribución de carga, y/o disminuir la velocidad final del centrifugado a valores que no supongan riesgo para la máquina, evitando variaciones y ruidos perjudiciales.
Otra característica novedosa de la invención es que a tenor de estar dotada de la posibilidad de incorporar en el sistema de control funciones de seguridad y accionamiento, se logra obtener control directo sobre el nivel de agua, temperatura, inversiones de giro y programas de trabajo completo, pudiendo asumir accionamientos configurados como moto-bombas, timers, seguridad de puertas, etc., y a la vez a tenor de variar la amplitud de tensión puede reducir el consumo de energía, logrando al mismo tiempo incrementar el rendimiento del conjunto.
De forma más concreta, el sistema electrónico de control de velocidad para aplicación en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia variable objeto de la invención, está constituido a partir del funcionamiento en lazo abierto con definición fija de los diferentes puntos de trabajo, es decir, puntos tensión/corriente/frecuencia, de forma empírica, para cada tipo de máquina o aplicación concreta, consiguiéndose con esta forma de trabajo la reducción de costos, ya que las velocidades definen previamente dentro de unos márgenes aceptados por el fabricante de la máquina y el del control, reduciéndose al mismo tiempo el número de componentes y circuitería adicional.
Para aplicaciones que requieran gran exactitud, el control por su flexibilidad incorporará un sistema en lazo cerrado, con el fin de incrementar la exactitud del accionamiento .
La invención cuenta con el establecimiento de filtros de entrada en la alimentación y previo a la etapa de potencia, con la finalidad por una parte de evitar -que perturbaciones producidas en la red, puedan afectar al sistema de control, y por otra que el sistema que se preconiza pueda afectar a la red, cumpliendo con la normativa europea al respecto, en cuanto a perturbaciones eléctricas y compatibilidad electromagnética, aumentando la fiabilidad del producto y reduciendo el filtro de entrada de la máquina con la mejora económica que ello comporta .
La invención cuenta con la colocación de un filtro de regeneración de las corrientes y tensiones contraelectromotrices del motor, que puedan dañar al sistema de control, con la doble finalidad por un lado de aumentar la fiabilidad, y por otro de volver la energía sobrante a la fuente de alimentación con el consiguiente ahorro energético.
Por último la invención cuenta con un control de la tensión de entrada, con el fin de corregir los parámetros de trabajo necesarios para mantener inalterable la relación tensión/corriente/frecuencia, de tal forma .que la máquina no se vea afectada en su trabajo final, consiguiendo mantener el mismo rendimiento final, el par de arranque, las velocidades de lavado, etc., y evitando posibles sobre-calentamientos .
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, una hoja de planos en la cual con carácter ilus- trativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura número 1.- Muestra de forma diagrama- tica los distintos elementos que configuran la invención relativa a un sistema electrónico de velocidad para aplicación en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia variable.
REALI.ZACION PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de la figura número 1, puede observarse como el sistema electrónico de control de velocidad para aplicación en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia variable, está configurado a partir de la recepción de la alimentación monofásica o polifásica, por lo control de velocidad a través de las líneas (30) o (31) , en función del número de fases.
La citada corriente monofásica o polifásica que se incorpora en el control de velocidad a través de las líneas (30) y (31) , es filtrada y rectificada en primer lugar en el bloque (1) , destinado al filtrado y protección, pasando a continuación al bloque (2) , donde es efectuada una operación de rectificado y filtrado de potencia, con la finalidad de que variaciones o perturbaciones en el suministro, no afecten al sistema de control de velocidad, motor y demás componentes controlados por el regulador, consiguiendo evitar perturbaciones del sistema objeto de la invención sobre la red eléctrica.
Por otra parte se establece un seguimiento de la tensión suministrada por la red (32) con el fin de evitar que un prolongado problema de tensión por defecto o exceso tenga efectos perjudiciales sobre el conjunto máquina-sistema de control, evitando un trabajo defectuoso, o bien un calentamiento excesivo del motor (5) .
Para realizar lo anteriormente citado, el microcontrolador (10) , establece las correcciones necesa- rias en los parámetros de trabajo, de tal forma que la velocidad permanezca constante, evitando si fuese necesario la sobrealimentación del motor (5) .
Una fuente de alimentación electrónica (8) será la encargada de suministrar tensión y corriente a la electrónica y el citado microcontrolador (10) , se configura como la pieza fundamental del sistema, siendo el propio microcontrolador (10) , a través del decodificador (11), el generador de PWM (12), el driver (9), y la etapa de potencia (4) , el que generará la alimentación de trabajo del motor (5) .
El microcontrolador (10) , para establecer los diferentes puntos de trabajo, utilizará un programa previamente preestablecido que, junto a las diversas señales de seguridad y de mando proporcionadas por otros sensores o dispositivos de la máquina, irá estableciendo la relación tensión/corriente/frecuencia necesaria para accionar el motor de inducción (5) , para que se accione con la velocidad y sentido de giro adecuados.
Como se ha citado anteriormente, variando esta relación se conseguirán las diferentes velocidades, que, teniendo en cuenta la relación de poleas (6) y (7) , unidas por la correa de transmisión (20) , siendo la polea (6) , la polea del motor (5) , mientras que la polea (7) corresponde al tambor, lograrán girar el tambor de la máquina con el movimiento adecuado.
Además, el microcontrolador (10) , podrá contar sensores de seguridad y trabajo como niveles de líquido, temperatura, cierre de puertas, etc., y podrá accionar dispositivos ajenos al motor principal como motobombas, temporizadores, resistencias de calentamiento u otros, o bien a la vez dar señales de alarma e información.
También a través de un control de corrientes se verificará que el funcionamiento de la máquina sea el adecuado, ya que de no ser así, el propio sistema esta- blecerá medidas de protección configuradas como la parada del motor hasta que las condiciones anómalas hayan desaparecido, o generando paradas definitivas de la instalación o máquina si las anomalías persisten.
Por último a través del bloque de medición y equilibrio de carga (14) , se realizará la operación de análisis de la corriente consumida durante un período preestablecido de funcionamiento de la máquina, con el fin de decidir la velocidad máxima de centrifugado, o incluso la realización o no del mismo, ya que de este análisis, se obtendrá una interpretación que generará el mayor o menor desequilibrio en la carga, y a la vez se determinará los posibles perjuicios que puedan producirse a la instalación o a la máquina a una velocidad alta de centrifugado.
La invención cuenta con señales de mando, control y seguridad (40) y (41) , que se incorporan en el microcontrolador (10) , disponiendo éste de salidas (50) y (51) destinadas a poner en funcionamiento accionamientos auxiliares.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1.- Sistema electrónico de control de velocidad para aplicación en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia variable, caracterizado por estar constituido a partir de líneas de alimentación monofásica o polifásica a través de la línea (30) - (31) , en función del número de fases, corriente que es filtrada y rectificada en el bloque de filtrado y protección (1) , y en el bloque de rectificado y filtrado de potencia (2) , constando con un filtro de regeneración (3) , una etapa de potencia (4) , una fuente de alimentación electrónica (8) , un driver (9) , un microcontrolador (10) , alimentado por un lado por la fuente de alimenta- ción electrónica (8) y a la vez recibiendo corriente para el seguimiento de la tensión suministrada por la red, a través de la línea (32) conectada con el microordenador o microcontrolador (10) , el cual dispone de conexiones con señales de mando, control y seguridad mediante líneas (40) y (41), y del cual se dimanan salidas (50) y (51) para accionamientos auxiliares, estando conectado el microcontrolador con un bloque de medición equilibrio de carga (14) , y a la vez con un bloque de protección de corriente (13) , disponiendo de conexiones con el decodi- ficador (11) y con el generador de PWM (12) , del cual se dimana una conexión con los bloques (1), (2), (3), (4) y (9) , estando conectada la fuente de alimentación (8) con el bloque de rectificado y recibiendo corriente el motor (5) del bloque de medición (14) , y el motor a su vez accionando una polea del motor (6) , la cual a través de una correa o similar (20) , acciona la polea del tambor (7).
2.- Sistema electrónico de control de velocidad para aplicación en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia varible, según la primera reivindicación, caracterizada porque el microcontrolador (10) establece las correcciones apropiadas en los parámetros de trabajo con objeto de que la velocidad permanezca constante.
3.- Sistema electrónico de control de velocidad para aplicación en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia variable, según la primera reivindicación, caracterizada porque la fuente de alimentación (8) , está encargada de suministrar tensión y corriente a la electrónica, generando el microcontrolador (10) , la alimentación de trabajo del motor (5) , a través del decodificador (11) , el generador de PWM (12) , el driver (9) y la etapa de potencia (4) .
4.- Sistema electrónico de control de velocidad para aplicación en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia variable, según la primera reivindicación, caracterizado porque el microcontrolador (10) , controla sensores de seguridad y trabajo, así como niveles de líquido, temperatura, cierre de puertas, etc, pudiendo accionar dispositivos ajenos al motor principal, tal y como pueden ser motobombas, temporizadores, resistencias de calentamiento u otros, estando capacitado a la vez para emitir señales de alarma e información.
5.- Sistema electrónico de control de velocidad para aplicación en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia variable, según la primera reivindicación, caracterizado porque mediante el control de corriente, se verifica el funcionamiento de una máquina, pudiendo efectuarse la parada del motor en condiciones anómalas de forma puntual o definitiva, de persistir las anomalías.
6.- Sistema electrónico de control de velocidad para aplicación en electrodomésticos que sean accionados por motores de inducción o reluctancia variable, según la primera reivindicación, caracterizado porque a través del bloque (14) de medición y equilibrio de carga, se analiza la corriente consumida durante un período preestablecido del funcionamiento de la máquina, decidiendo la velocidad máxima de centrifugado o incluso la realización o no del mismo.
PCT/ES1997/000154 1996-08-19 1997-06-13 Sistema electronico de control de velocidad para aplicacion en electrodomesticos que sean accionados por motores de induccion o reluctancia variable WO1998007918A1 (es)

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