ES2199180T3 - Motor de conmutacion electronica. - Google Patents
Motor de conmutacion electronica.Info
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Abstract
Motor de conmutación electrónica, cuyos arrollamientos de excitación pueden ser mandados mediante etapas finales de semiconductores (EST) desde una unidad de mando electrónica (STE) mediante señales de control PWM (PWMfin), pudiendo predeterminarse un valor teórico (Nteór.p.) para la unidad de mando (STE) y emitiendo la unidad de mando (STE) las señales de control PWM (PWM) correspondientes a las etapas finales de semiconductores (EST), estando almacenada en la unidad de mando (STE) una curva característica de motor, a partir de la cual puede deducirse un número de revoluciones nominal de servicio (nx) asignado para el valor teórico (Nteór.p.) y pudiendo compararse el número de revoluciones nominal de servicio (nx) con el número de revoluciones real (Nreal) del motor (M) y pudiendo desconectarse la unidad de mando (STE) y/o las etapas finales de semiconductores (EST) al sobrepasarse una diferencia de número de revoluciones (N) predeterminable o predeterminada entre el número de revolucionesnominal de servicio (nx) y el número de revoluciones real (Nreal), caracterizado porque la curva característica del motor está almacenada como campo de curvas características (KF) con cuatro puntos angulares tridimensionales (x, y, z), definiendose en el eje x los valores límite (u1 y u2) de la tensión de alimentación y en el eje z los valores límite (pwmmín. y pwmmáx.) de las señales de control PWM, los números de revoluciones de servicio n11, n12, n21, n22) de los cuatro puntos angulares del campo de curvas características (KF) para una carga predeterminada, invariable y porque las líneas de unión (n11-n12; n12-n21; n21-n22; n22-n11) entre los puntos angulares del campo de curvas características permiten la formación de un campo cuadriculado, a partir del cual puede deducirse el número de revoluciones nominal de servicio (nx) asignado para la comparación con el número de revoluciones real medido (Nreal) para una tensión de alimentación (ux) existente y una señal de control PWM (pwmx) quecorresponde al valor teórico predeterminado (Nteór.p.).
Description
Motor de conmutación electrónica.
La invención se refiere a un motor de conmutación
electrónica, cuyos arrollamientos de excitación pueden ser mandados
mediante etapas finales de semiconductores desde una unidad de
mando electrónica mediante señales de control PWM, pudiendo
predeterminarse un valor teórico para la unidad de mando y
emitiendo la unidad de mando señales de control PWM correspondientes
a las etapas finales de semiconductores, estando almacenada en la
unidad de mando una curva característica de motor, a partir de la
cual puede deducirse un número de revoluciones nominal de servicio
asignado para el valor teórico y pudiendo compararse el número de
revoluciones nominal de servicio deducido con el número de
revoluciones real del motor y pudiendo desconectarse la unidad de
mando y/o las etapas finales de semiconductores al sobrepasarse una
diferencia del número de revoluciones predeterminable o
predeterminada entre el número de revoluciones nominal de servicio
y el número de revoluciones real.
Un motor de este tipo se conoce por el documento
DE 198 04 874 A1. En él se determina la duración de impulso de las
señales de control PWM mediante la predeterminación del valor
teórico. La comparación del número de revoluciones nominal de
servicio, que está asignado al valor teórico, con el número de
revoluciones real sirve durante el servicio de marcha continua para
la detección de fuertes aumentos del valor teórico que actúa desde
fuera, para ajustar la duración de impulso sólo gradualmente al
nuevo valor. Puesto que la curva característica del motor varía en
función de la carga del motor y del valor teórico, esto requiere un
espacio considerable de memoria en la unidad de mando, para
determinar el número de revoluciones nominal de servicio asignado
para la comparación con el número de revoluciones real, es decir,
para el control del motor.
El almacenamiento de los datos de curvas
características de un motor en una memoria de la unidad de mando y
su uso para deducir un valor de servicio se conoce también por los
documentos US-A 5,901,286 y EP-A 0
886 057. Por regla general, se usa un campo de curvas
características con múltiples parejas de valores, a partir de las
cuales puede deducirse el valor nominal de servicio deseado
mediante interpolación respecto a una tercera coordenada. No
obstante, esto requiere un espacio considerable en la memoria, en
particular cuando varía también la carga del motor.
El objetivo de la invención es proveer un motor
del tipo indicado al principio de datos sencillos en la unidad de
mando, que simplifique fundamentalmente la deducción de un número
de revoluciones nominal de servicio que corresponda a un valor
teórico predeterminado con un esfuerzo mínimo para una carga
predeterminada.
Este objetivo se consigue según la invención
porque la curva característica del motor está almacenada como campo
de curvas características con cuatro puntos angulares
tridimensionales, definiendo en el eje x los valores límite de la
tensión de alimentación y en el eje z los valores límite de las
señales de control PWM los números de revoluciones de servicio de
los cuatro puntos angulares del campo de curvas características
para una carga predeterminada, invariable y porque las líneas de
unión entre los puntos angulares del campo de curvas
características permiten la formación de un campo cuadriculado, a
partir del cual puede deducirse el número de revoluciones nominal
de servicio asignado para la comparación con el número de
revoluciones real medido para una tensión de alimentación existente
y una señal de control PWM que corresponde al valor teórico
predeterminado.
Aquí se aprovecha el hecho de que en muchos casos
el motor se carga siempre con el mismo consumidor, como por ejemplo
un accionamiento de ventilador. Los cuatro valores de coordenadas
del campo de curvas características no solamente tienen en cuenta
las duraciones de impulso de las señales de control PWM que
corresponden a los valores teóricos predeterminables sino también
las variaciones de la tensión de alimentación y definen un campo
de curvas características, que permite para la tensión de
alimentación existente y las condiciones de mando la deducción
inequívoca y sencilla, es decir, el cálculo del número de
revoluciones nominal de servicio asignado, representando las líneas
de unión de los puntos angulares del campo de curvas características
los valores predeterminados para un campo cuadriculado y
facilitando de esta forma la deducción de valores intermedios en
las direcciones de las coordenadas para la tensión de alimentación
(p. ej. coordenada x) y las duraciones de impulso (p. ej. dirección
z), que conducen al número de revoluciones nominal de servicio
buscado (en la dirección y).
Según la aplicación del motor, puede estar
previsto según otra configuración que los cuatro puntos angulares
del campo de curvas características estén definidas con una carga
del motor predeterminada. El motor puede estar concebido en este
caso de forma sencilla para distintas cargas, es decir, distintos
consumidores.
Según una configuración puede estar previsto que
la comparación entre el número de revoluciones nominal de servicio
y el número de revoluciones real pueda realizarse de forma continua
o de forma repetida en intervalos de tiempo durante el
funcionamiento continuo del motor.
El valor teórico puede predeterminarse de forma
sencilla manualmente mediante un potenciómetro, pudiendo conducirse
una señal de ajuste más o menos grande a la unidad de mando, que se
usa para la emisión de las señales de control PWM asignadas para
las etapas finales de semiconductores. Además, con esta señal de
ajuste puede deducirse a través de la curva característica de motor
almacenada el número de revoluciones nominal de servicio asignado y
utilizarse para la comparación con el número de revoluciones real a
ajustar del motor. El número de revoluciones real del motor puede
detectarse de distintas maneras, que también son conocidas.
Preferiblemente está previsto que esté asignado
un dispositivo de comparación a la unidad de mando para la
comparación del número de revoluciones nominal de servicio y el
número de revoluciones real, estando integrado este dispositivo
preferiblemente en la unidad de mando.
Para que el interruptor automático de sobrecarga
no reaccione a cortos impulsos de interferencia de la medición del
número de revoluciones real, una configuración prevé que la
desconexión de la unidad de mando y/o de las etapas finales de
semiconductores se realice de forma retardada en el tiempo.
Cuando antes de la marcha continua del motor
tiene lugar una fase de marcha acelerada en el arranque, el
interruptor automático de sobrecarga puede estar realizado de tal
forma que la comparación del número de revoluciones nominal de
servicio y del número de revoluciones real no se inicie y realice
hasta haber finalizado una fase de marcha acelerada en el arranque
con una duración predeterminada, para que no se produzca una
desconexión errónea en esta fase de servicio. La fase de marcha
acelerada en el arranque puede ser predeterminada por la unidad de
mando, pudiendo utilizarse como parámetros la amplitud de los
impulsos y la duración de los impulsos de las señales de control
PWM, al igual que la frecuencia de conmutación de éstas y
similares. La fase de marcha acelerada en el arranque del motor
puede iniciarse con la conexión de la unidad de mando y/o de las
etapas finales de semiconductores y/o la predeterminación de un
valor teórico para la unidad de mando.
A continuación, la invención se explicará más
detalladamente con ayuda de un ejemplo de realización representado
en el dibujo. Muestran:
la figura 1, un diagrama de bloques de las
unidades funcionales del motor y
la figura 2, un campo de curvas características
almacenado en la unidad de mando.
Como muestra el diagrama de bloques según la
figura 1, la unidad del motor incluye una unidad de mando
electrónica STE electrónica, que está asignada a un dispositivo de
comparación VE. Para esta unidad de mando STE se predetermina un
valor teórico N_{teór.p.} ajustado correspondientemente para un
servicio continuo deseado. Con ello, se emiten después de una fase
de marcha acelerada en el arranque señales de control PWM pwm
correspondientemente dimensionadas a las etapas finales de
semiconductores EST, que alimentan corriente a los arrollamientos
de excitación del motor M según las duraciones de impulsos de estas
señales de control PWM. A continuación, se ajusta un número de
revoluciones real N_{real} en el motor, que se detecta de forma
conocida y que se alimenta como señal a un dispositivo de
comparación VE, que puede estar integrado en la unidad de mando
STE. En la unidad de mando STE está almacenada una curva
característica de motor, que permite para cada valor teórico
N_{teór.p.} la deducción de un número de revoluciones nominal de
servicio n_{x}. Este número de revoluciones nominal de servicio
n_{x} se obtiene de forma más o menos exacta con el valor teórico
predeterminado N_{teór.p.}, cuando la unidad de mando STE, las
etapas finales de semiconductores EST y el motor M trabajan sin
fallos y no existen condiciones que conduzcan a una caída del
número de revoluciones real N_{real}.
El número de revoluciones nominal de servicio
n_{x} se alimenta al igual que el número de revoluciones real
N_{real} al dispositivo de comparación VE y se determina una
desviación del número de revoluciones \DeltaN. Cuando el número de
revoluciones real N_{real} está más de una desviación del número
de revoluciones \DeltaN predeterminada o predeterminable por
debajo del número de revoluciones de servicio esperado n_{x},
existe un fallo, que en el servicio continuo puede conducir a una
sobrecarga. Por ello, se genera una señal de desconexión AB
mediante el dispositivo de comparación VE, con el que pueden
desconectarse la unidad de mando STE y/o las etapas finales de
semiconductores EST, como indican los contactos ab en el circuito
de la tensión de alimentación U_{bat}.
Si varía el valor teórico N_{teór.p.}, también
varían las señales de control PWM pwm y, por consiguiente, el
número de revoluciones real N_{real} del motor M. Al dispositivo
de comparación VE se alimenta un nuevo número de revoluciones
nominal de servicio n_{x} correspondiente y la comparación se
realiza de la misma forma para la nueva marcha continua con un
número de revoluciones modificado.
La desconexión de la unidad de mando STE y/o de
las etapas finales de semiconductores EST también puede iniciarse
de forma retardada, para suprimir crestas de interferencias en los
valores de números de revoluciones deducidas y detectadas.
La desviación admisible del número de
revoluciones \DeltaN también puede hacerse depender de la
magnitud del valor teórico predeterminado n_{teór.p.} y de la
magnitud existente de la tensión de alimentación u_{x}. La
comparación mediante el dispositivo de comparación VE puede
realizarse de forma continua o de forma repetida en determinados
intervalos de tiempo durante la marcha continua. Además, el
interruptor automático de sobrecarga no puede conmutarse eficazmente
mediante la comparación y la desconexión hasta haberse alcanzado el
número de revoluciones nominal de trabajo predeterminado por el
valor teórico, es decir, después de haber transcurrido un tiempo de
marcha acelerada en el arranque predeterminado o predeterminable.
El tiempo de marcha acelerada en el arranque puede iniciarse con la
conexión, es decir, la conexión de la tensión de alimentación
u_{x} del circuito de mando STE y/o de las etapas finales de
semiconductores EST y/o con la aplicación de un valor teórico
predeterminado N_{teór.p.} a la unidad de mando STE.
El número de revoluciones nominal de servicio
n_{x} deducido y calculado por la unidad de mando no solamente
depende de la tensión de alimentación u_{x} existente con sus
valores límite u_{1} y u_{2} sino también de los números de
revoluciones almacenados n_{11}, n_{12}, n_{21}, n_{22} de
los puntos angulares del campo de curvas características KF, como
muestra la indicación n_{x} = f(N_{teór.p.}, u_{1},
u_{2}, n_{11}, n_{12}, n_{21}, n_{22}) en la figura y
como se explicará más adelante.
Como muestra el campo de curvas características
KF tridimensional según la figura 2, en la dirección x se indica el
margen de tensiones de u_{máx.} a u_{mín.}, mientras que en la
dirección z se indican las duraciones de impulso de pwm_{min.} a
pwm_{máx.}. En el ejemplo de realización se ha elegido U_{máx.}
= 13 V y U_{mín.} = 8 V y la duración de impulsos tiene un margen
de pwm_{mín.} = 60% a pwm_{máx.} = 100%. Para la tensión de
alimentación mínima resultan con pwm_{mín.} = 60% y pwm_{máx.}
= 100% números de revoluciones nominales de servicio de n_{11} =
50 r.p.m. y n_{21} = 1800 r.p.m., mientras que para la tensión de
alimentación máxima resultan con pwm_{mín.} = 60% y pwm_{máx.}
= 100% números de revoluciones nominales de servicio de n_{12} =
150 r.p.m. y n_{22} = 2900 r.p.m.. Estos números de revoluciones
nominales de servicio n_{11} a n_{22} definen los cuatro puntos
angulares P1 a P4 en el campo de curvas características
tridimensional KF. Las líneas de unión entre los puntos angulares
n_{11} y n_{21} o n_{11} y n_{12} o n_{21} y n_{22} o
n_{12} y n_{22} permiten la formación de un campo cuadriculado,
que permite para las tensiones de alimentación existentes U_{x} y
una duración de impulso pwm_{x} que corresponde a un valor
teórico, la deducción de los números de revoluciones nominales de
servicio n_{x} asignados en la recta n_{1x} - n_{2x}. De esta
forma puede interpolarse con una tensión de alimentación U_{x} =
10,5 V y una duración de impulsos de aprox. un 87% un número de
revoluciones nominal de servicio de aprox. 1800 r.p.m. a partir del
campo de curvas características KF.
Este campo de curvas características KF es válido
para un motor determinado para una carga predeterminada,
invariable. Para otra carga, puede almacenarse un campo de curvas
características KF válido en la unidad de mando STE.
Como muestra el campo de curvas características
tridimensional KF según la figura 2, en la dirección x se indica la
tensión de alimentación u_{x} con el margen de tensiones desde la
tensión de alimentación mínima u_{1} = 8 V hasta la tensión de
alimentación máxima u_{2} = 13 V. En la dirección z está
predeterminada la duración de impulsos pwm de las señales de control
PWM, que puede ir de la duración de impulsos mínima pwm_{1} = 60%
hasta la duración de impulsos máxima pwm_{2} = 100%. Con una
carga del motor predeterminada, se determinan cuatro casos de
servicio límite con u_{1} y pwm_{1}, u_{1} y pwm_{2},
u_{2} y pwm_{1}, así como u_{2} y pwm_{2}, que conducen a
los números de revoluciones nominales de servicio n_{x} =
n_{1}, n_{12}, n_{21} y n_{22} y que definen, por lo tanto,
el campo de curvas características KF según la figura 2.
Cuando el motor M está cargado con otra carga,
resulta un campo de curvas características KF similar con nuevos
números de revoluciones nominales de servicio n_{11}, n_{12},
n_{21}, y n_{22}.
Para el campo de curvas características KF de un
ejemplo de realización representado en la figura 2 resultan los
siguientes valores:
n_{11} = 50 r.p.m. con u_{1} = 8 V y
pwm_{1} =
60%
n_{12} = 150 r.p.m. con u_{2} = 13 V y
pwm_{1} =
60%
n_{21} = 1800 r.p.m. con u_{1} = 8 V y
pwm_{2} =
100%
n_{22} = 2900 r.p.m. con u_{2} = 13 V y
pwm_{2} =
100%
El campo de curvas características KF puede
representarse como campo cuadriculado, predeterminando las líneas
de unión entre los puntos angulares n_{11} y n_{12} o n_{21}
y n_{22}, así como n_{11} y n_{22} o n_{12} y n_{22} la
cuadriculación, permitiendo además, como se ha mostrado, para una
tensión de alimentación u_{x} existente la deducción del número de
revoluciones nominal de servicio n_{x} asignado con una señal de
control PWM p_{x} existente. La señal de control PWM pwm_{x}
está asignada al valor teórico predeterminado N_{teór.p.}
Como muestra la línea de cuadrícula n_{x1} -
n_{x2}, con u_{x} = 10,5 V y una duración de impulso de
pwm_{x} = 87,5%, en la deducción del número de revoluciones
nominal de servicio n_{x} se obtiene un valor de aproximadamente
1800 r.p.m.
Para el cálculo de un número de revoluciones
nominal de servicio n_{x} asignado a un valor teórico
N_{teór.p.}, se procede de la siguiente manera:
stg_{1} - = \frac{n_{12}-n_{11}}{u_{2} -
u_{1}}
\hskip1cmstg_{2} = \frac{n_{22}-n_{21}}{u_{2} - u_{1}}
n_{1x} = n_{11} + stg_{1}*(u_{x} -
u_{1})
n_{2x} = n_{21} + stg_{2}*(u_{x} -
u_{1})
stgs_{3} = \frac{n_{2x} - n_{1x}}{pwm_{2} -
pwm_{1}} = \frac{n_{21}-n_{11} +(stg_{2}-stg_{1})*(u_{x} -
u_{1})}{pwm_{2} -
pwm_{1}}
significando:
stg_{1} -
stg_{2} -
stgs_{3} -
Puesto que en los cálculos internos del ordenador
no se trabaja con el número de revoluciones sino con su valor
inverso, la ecuación arriba indicada debe convertirse
correspondientemente para el cálculo del punto de la superficie
n_{x}. Con T_{x} = a/n_{x} se obtiene:
\frac{a}{T_{x}} = n_{1x} + stg_{3}*(
pwm_{x} -
pwm_{1})
En la fórmula anteriormente expuesta, sólo son
variables la tensión de alimentación u_{x} y la duración de
impulsos del mando de etapas finales pwm_{x}. Los factores
restantes pueden almacenarse como parámetros fijos en la ROM o
EEPROM. A continuación, se expone una vez más la misma fórmula con
los nombres de variables utilizados en el código del programa.
En la programación del final de cinta, deben
transmitirse ahora los parámetros correspondientes del banco de
pruebas a la EEPROM del mando del motor.
K_NENN_{1} = (stg_{1} -
stg_{2})
K_NENN_{2} = -n_{21} + n_{11} + (stg_{2}
-
stg_{1})*u_{1}
K_NENN_{3} = (pwm_{1}*stg_{2} -
pwm_{2}*stg_{1})
K_NENN_{4} = pwm_{1}*(n_{21} -
u_{1}*stg_{2}) + pwm_{2}*(stg_{1}* u_{1} -
n_{11})
Claims (8)
1. Motor de conmutación electrónica, cuyos
arrollamientos de excitación pueden ser mandados mediante etapas
finales de semiconductores (EST) desde una unidad de mando
electrónica (STE) mediante señales de control PWM (PWM_{fin}),
pudiendo predeterminarse un valor teórico (N_{teór.p.}) para la
unidad de mando (STE) y emitiendo la unidad de mando (STE) las
señales de control PWM (PWM) correspondientes a las etapas finales
de semiconductores (EST), estando almacenada en la unidad de mando
(STE) una curva característica de motor, a partir de la cual puede
deducirse un número de revoluciones nominal de servicio (n_{x})
asignado para el valor teórico (N_{teór.p.}) y pudiendo compararse
el número de revoluciones nominal de servicio (n_{x}) con el
número de revoluciones real (N_{real}) del motor (M) y pudiendo
desconectarse la unidad de mando (STE) y/o las etapas finales de
semiconductores (EST) al sobrepasarse una diferencia de número de
revoluciones (\DeltaN) predeterminable o predeterminada entre el
número de revoluciones nominal de servicio (n_{x}) y el número de
revoluciones real (N_{real}), caracterizado porque la curva
característica del motor está almacenada como campo de curvas
características (KF) con cuatro puntos angulares tridimensionales
(x, y, z), definiéndose en el eje x los valores límite (u_{1} y
u_{2}) de la tensión de alimentación y en el eje z los valores
límite (pwm_{mín.} y pwm_{máx.}) de las señales de control PWM,
los números de revoluciones de servicio n_{11}, n_{12},
n_{21}, n_{22}) de los cuatro puntos angulares del campo de
curvas características (KF) para una carga predeterminada,
invariable y porque las líneas de unión
(n_{11}-n_{12};
n_{12}-n_{21};
n_{21}-n_{22};
n_{22}-n_{11}) entre los puntos angulares del
campo de curvas características permiten la formación de un campo
cuadriculado, a partir del cual puede deducirse el número de
revoluciones nominal de servicio (n_{x}) asignado para la
comparación con el número de revoluciones real medido (N_{real})
para una tensión de alimentación (u_{x}) existente y una señal de
control PWM (pwm_{x}) que corresponde al valor teórico
predeterminado (N_{teór.p.}).
2. Motor de conmutación electrónica según la
reivindicación 1, caracterizado porque los cuatro puntos
angulares del campo de curvas características (KF) están fijados
para una carga de motor predeterminada.
3. Motor de conmutación electrónica según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la comparación
entre el número de revoluciones nominal de servicio (n_{x}) y el
número de revoluciones real (N_{real}) puede realizarse de forma
continua o de forma repetida en intervalos de tiempo durante la
marcha continua del motor.
4. Motor de conmutación electrónica según una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el valor
teórico (N_{teór.p.}) puede predeterminarse manualmente mediante
un potenciómetro.
5. Motor de conmutación electrónica según una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque un
dispositivo de comparación (VE) está asignado a la unidad de mando
(STE) para la comparación del número de revoluciones nominal de
servicio (n_{x}) y al número de revoluciones real (N_{real}),
que preferiblemente está integrado en la unidad de mando (STE).
6. Motor de conmutación electrónica según una de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la
desconexión (AB) de la unidad de mando (STE) y/o de las etapas
finales de semiconductores (EST) se realiza de forma retardada en el
tiempo.
7. Motor de conmutación electrónica según una de
las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la
comparación del número de revoluciones nominal de servicio
(n_{x}) y del número de revoluciones real (N_{real}) no puede
iniciarse y realizarse hasta después de haber finalizado una fase de
marcha acelerada en el arranque con una duración
predeterminada.
8. Motor de conmutación electrónica según la
reivindicación 7, caracterizado porque la fase de marcha
acelerada en el arranque puede iniciarse con la conexión de la
unidad de mando (STE) y/o de las etapas finales de semiconductores
(EST) y/o la predeterminación de un valor teórico
(N_{teór.p.}).
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