ES2225832T3 - Reduccion de ruido en un motor de reluctancia conmutada por medio del perfil de corriente. - Google Patents
Reduccion de ruido en un motor de reluctancia conmutada por medio del perfil de corriente.Info
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Abstract
APARATO (10) PARA CONTROLAR EL PERFIL DE CORRIENTE (P2) ES UN SRM (M) UNICO O DE POLIFASE DURANTE LA PARTE ACTIVA DE LA FASE. INTERRUPTORES (S1,S2) SE CIERRAN DURANTE LA PARTE ACTIVA DE LA FASE PARA DIRIGIR EL FLUJO DE CORRIENTE DENTRO DE UN BOBINADO (W). UN SENSOR DE EFECTO DE GARANTIA (14) Y OTROS SENSORES SON USADOS PARA MEDIR DIFERENTES PARAMETROS DE OPERACION DEL SRM. UN GENERADOR DE SEÑAL PWN (16), O MICROPROCESADOR (20) ES SENSIBLE A LAS ENTRADAS DEL SENSOR PARA PROPORCIONAR SEÑALES DE OPERACION PWM (G2) PARA AL MENOS UNO DE LOS INTERRUPTORES PARA CONTROLAR EL FLUJO DE CORRIENTE DEL BOBINADO. LAS SEÑALES DE OPERACION MODULAN EL INTERRUPTOR(ES) PARA LA OPERACION DE CONMUTAR PARA SER CONTROLADA COMO UNA FUNCION DE LAS CARACTERISTICAS DE LAS SEÑALES DE OPERACION. ESTO PERMITE EL SUMINISTRO DE CORRIENTE AL BOBINADO PARA SER ACORDANTE CON EL PERFIL DE CORRIENTE. DE ACUERDO AL PERFIL, EL FLUJO DE CORRIENTE ES AUMENTADO INICIALMENTE RAPIDAMENTE DESDE CERO A UN VALOR PICO (I''{SUB,P}) CUNADOLA FASE EMPIEZA A ACTIVARSE. LA CORRIENTE ES ENTONCES PERMITIDA PARA BAJAR DESDE ESTE PICO A UN SEGUNDO Y MENOR VALOR (I{SUB,P}) CUANDO LA FASE EMPIEZA A SER INACTIVA. LA CORRIENTE DECAE DESDE ESTE SEGUNDO VALOR A CERO CUANDO LA FASE EMPIEZA A SER INACTIVA. LA TRANSICION EN EL PERFIL DE CORRIENTE QUE OCURRE CUANDO LA FASE CONMUTA DE ACTIVA A INACTIVA NO ES LARGAMENTE UNA TRANSICION ABRUPTA, PERO ES MAS BIEN UNA MAS MODERADA. ESTA TRANSICION SUAVE REDUCE LA CANTIDAD DE RUIDO EN EL MOTOR, QUE NORMALMENTE OCURRE CUANDO EL FLUJO DE CORRIENTE DENTRO DEL BOBINADO CESA, POR ELLO REDUCE LE RUIDO DEL MOTOR.
Description
Reducción de ruido en un motor de reluctancia
conmutada por medio del perfil de corriente.
Este invento hace referencia a motores de
reluctancia conmutada (SRM) y, más particularmente, a un método para
reducir el ruido del motor controlando o manipulando el perfil de
la corriente para un motor.
Los motores de reluctancia conmutada o SRM son
perfectamente conocidos en la técnica. Uno de los problemas al
funcionar dichos motores es el ruido. Tal como describo en mi
solicitud de patente pendiente 08/175.268, una causa de este ruido
reside en la disipación de la corriente en los arrollamientos de
fase del motor puesto que cada fase es conmutada al final de su
ciclo. Al conmutar el motor de una fase a otra decae la energía,
que representa aproximadamente el treinta por ciento (30%) de la
energía suministrada al arrollamiento de la fase durante su periodo
activo. Tal como se describe en la solicitud, una porción de dicha
energía o bien se recupera, utilizando un condensador de
almacenamiento, o se disipa.
En general, se comprenderá que una principal
causa del ruido del motor se debe a un cambio abrupto de las fuerzas
normales a las que está sujeto el motor. El ruido resulta
particularmente agudo si alguna de dichas transiciones se produce
cuando un ciclo del motor se halla al máximo de puntos de
deflexión. En mi patente estadounidense 5.239.217 he descrito un
fenómeno denominado "ovalización". Esta es una condición en la
cual el rotor y el estator, generalmente de forma circular, de un
motor, tienden a estar disturbados en una forma ovalada por las
fuerzas producidas cuando los polos del motor y los polos del
estator quedan alineados. Dichas anteriores solicitudes también
describen técnicas mediante las cuales pueden minimizarse estas
fuerzas ovalizantes.
La patente WO-94/28618 describe,
en la figura 6, y especialmente en la figura 6b, un control para
motor eléctrico que aplica una primera tensión durante un periodo
sustancial a la bobina, seguida de un periodo mucho más corto
durante el cual se aplica una segunda tensión media más baja,
seguido de un tercer periodo de aplicación de tensión media
negativa. La corriente del motor primero aumenta hasta un máximo,
luego baja lentamente hasta un segundo valor para, a continuación,
decrecer rápidamente a cero.
Se comprenderá que mientras los intentos llevados
a cabo en mis anteriores aplicaciones resultan eficaces para reducir
el ruido del motor, también son importantes otros intentos para
reducir todavía más dicho ruido del motor. Uno de ellos consiste en
controlar el perfil de la corriente de cada fase del motor. Un
esquema de control mediante el cual se controla la corriente para
minimizar el par de fuerza, utiliza varias tablas o listas de
referencias para efectuar el control. (Véase la patente
estadounidense 4.868.477 de Anderson y otro). También se conoce el
sistema de controlar un perfil de corriente avanzando la longitud
de una fase para aumentar así el intervalo de reposo del motor para
la fase. (Véase la patente estadounidense 4.253.053 de Ray y otro).
Se discute un tercer esquema por parte de S.Chan y H. R. Bolton en
su documento "Mejora de rendimiento de motor monofásico de
reluctancia conmutada mediante refuerzo de enlace de tensión de
corriente continua"; Procedimientos-B IEEE,
volumen 140, documento nº 5, septiembre de 1993. En este caso, la
corriente se pone a fase y sustancialmente se toma a una velocidad
superior a la normal, empleando un refuerzo de tensión al empezar un
final de una fase. Un inconveniente de este intento es su
inflexibilidad.
Aun cuando los anteriores intentos pueden
resultar efectivos, los mismos requieren una importante cantidad de
circuitos, o un significativo incremento de manipulación, para
conseguir una cantidad de control razonable. Existen otros modos de
controlar el perfil de la corriente que pueden ser más efectivos y
más fáciles de conseguir. Es importante comprender que la reducción
de ruido se consigue al hacer coincidir, al máximo posible, la
pendiente del perfil de la corriente al final de la porción activa
de una fase con la pendiente de la cola de la porción de
degradación de la corriente del perfil. He descrito aparatos y un
método para controlar la degradación de la corriente de cola en mi
solicitud estadounidense pendiente 08/175.268. De acuerdo con la
descripción de la misma puede controlarse la pendiente de la
porción de degradación del perfil. Utilizado los circuitos y el
método descritos, la porción activa de la fase del perfil puede
controlarse a fin de obtener ahora una transición más suave, sin
llevar a cabo el periodo de la fase u otros significativos
parámetros de funcionamiento del motor a fin de conseguir una
notable reducción de ruido.
El objeto del presente invento es proporcionar un
esquema y un método de control para manipular el perfil de la
corriente en cada fase de un SRM monofásico o polifásico, por
ejemplo un SRM de bifásico y trifásico, tal como un SRM
12-6 bifásico y un SRM 6-4
trifásico fases para reducir el ruido, así como la provisión de un
SRM que utilice el método.
Dicho objeto se consigue mediante el aparato y el
método indicados en las reivindicaciones independientes. En las
demás reivindicaciones figuran formas de realización del
invento.
Resumiendo, la provisión de tal esquema y método
de control permite controlar el perfil de la corriente durante la
porción activa de cada fase a fin de reducir el ruido del motor; la
provisión de un tal esquema y método de control puede utilizar
técnicas de control tanto de recorte duro como de recorte blando a
fin de controlar el perfil de la corriente; el hecho de
proporcionar un tal esquema y fase de control puede activar el nivel
de corriente a una amplitud máxima que excede a un esquema y un
método de control que además permite a la corriente caer desde su
nivel alto a uno más baja, sucediendo esto durante la porción
activa de la fase normal de una fase a fin de cambiar la pendiente
del perfil de la corriente que se produce cuando la fase se vuelve
inactiva para que dicha pendiente sea menos abrupta de lo que sería
de otro modo; la provisión de dicho esquema y método de control
pueden ser fácilmente incorporados a un circuito de control SRM
existente y permiten incluir un microprocesador; la provisión de tal
esquema y método de control acciona la corriente primero hasta el
máximo aumentado significativamente la entrada de tensión al
arrollamiento de la fase; la provisión de tal esquema y método de
control puede controlar el ciclo de trabajo de una señal PWM
utilizada para controlar el flujo de corriente a un arrollamiento
de fase cuando la fase es activa para así impulsar rápidamente la
corriente a máxima amplitud al inicio del periodo activo de la fase;
la provisión de un tal esquema y método de control permite
controlar alternativamente la frecuencia de las señales PWM a fin
de conseguir el mismo resultado; la provisión de un tal esquema y
método de control para variar tanto el ciclo de trabajo como la
frecuencia PWM sirve para conseguir el mismo resultado; la
provisión de un tal esquema y método de control sirve para
modificar las fuerzas normales dentro del motor a fin de que exista
un cambio menos abrupto en las fuerzas ovalizantes normalizadas que
actúan sobre el motor cuando la fase del motor cambia de activa a
inactiva reduciendo así el zumbido en el motor; y, la provisión de
tal circuito de control, que es de bajo coste, ofrece un circuito
fiable que funciona para reducir el ruido durante todo el alcance
del funcionamiento del SRM.
De acuerdo con el invento, generalmente
establecido, se proporciona un aparato para controlar el perfil de
la corriente de un SRM monofásico o polifásico durante la porción
activa de una fase. Se cierran los conmutadores para dirigir el
flujo de corriente a un arrollamiento cuando la fase es activa. Se
utiliza un sensor de efecto Hall y otro tipo de sensores para
detectar varios parámetros de funcionamiento del SRM. Un generador
de señal PWM, o microprocesador que tiene una salida de señal PWM,
responde a las entradas de sensor para proporcionar señales de
funcionamiento PWM a por lo menos uno de los conmutadores a fin de
controlar el flujo de corriente al arrollamiento. Las señales de
funcionamiento modulan las señales al conmutador, y por tanto su
funcionamiento está controlado en función de las características de
señal de las señales de funcionamiento. Esto permite que el
suministro de corriente al arrollamiento se haga de acuerdo con un
perfil predeterminado.
De acuerdo con el perfil, al principio el flujo
de corriente aumenta rápidamente desde cero hasta un valor máximo
cuando la fase se vuele activa. Entonces, se deja que la corriente
se reduzca desde dicho valor máximo hasta un segundo y menor valor
durante el tiempo en que la fase se vuelve inactiva. La corriente
decrece desde dicho segundo valor hasta cero cuando la fase se
vuelve inactiva. La transición en el perfil de corriente que se
produce cuando la fase conmuta desde activa a inactiva ya no es una
transición abrupta sino que es bastante más moderada. Esta
transición más suave se produce cuando cesa el flujo de la
corriente al arrollamiento, para reducir así el ruido del motor.
También se describe un método para controlar el perfil de la
corriente. Otros objetos y características resultarán en parte
evidentes y en parte indicados a continuación.
La figura 1 es un esquema de un primer circuito
del presente invento para manipular el perfil de la corriente de la
corriente suministrada a un arrollamiento SRM durante la porción
activa de la fase;
La figura 2 es un esquema de un segundo circuito
del invento para manipular el perfil de corriente;
Las figuras 3A y 3B representan respectivamente
formas de onda PWM con recorte blando y recorte duro para controlar
el suministro de corriente a un arrollamiento;
La figura 4A es un gráfico de la inductancia de
arrollamiento de una fase de motor durante porciones activas e
inactivas de la fase de motor;
La figura 4B representa un perfil de corriente
convencional durante la porción activa de una fase y la señal PWM
característica de la señal de control utilizada para producir el
perfil;
La figura 4C representa la tensión media de la
señal PWM de la figura 4B;
La figura 4D representa un perfil de corriente
producido por los circuitos del presente invento y un tipo de señal
PWM utilizado para producir el perfil;
La figura 4E representa la corriente media de la
señal PWM de la figura 4E;
La figura 5A representa gráficamente la fuerza
normal del motor durante una porción de fase activa de una fase y el
zumbido resultante producido cuando la fase se vuelve inactiva,
correspondiente el perfil de corriente para el motor al
representado en la figura 4B;
La figura 5B representa gráficamente la fuerza
normal del motor durante una porción de fase activa de una fase y el
zumbido resultante producido cuando la fase se vuelve inactiva,
correspondiente el perfil de corriente para el motor al
representado en la figura 4D;
Las figuras 6A y 6B representan las fuerzas
creadas en un motor durante el paso de un polo de rotor del motor
más allá de un polo de estator; y
Las figuras 7A-7C muestran
respectivamente varias características de la señal PWM cuando se
obtiene con los circuitos del presente invento para conseguir el
perfil de corriente de la figura 4D.
Los mismos caracteres de referencia indican
partes correspondientes en los dibujos.
Haciendo referencia a los dibujos, un motor de
reluctancia conmutada M (véase las figuras 6A y 6B) es un motor
monofásico de reluctancia conmutada; o bien el motor puede ser un
motor polifásico tal como un motor bifásico, trifásico o
cuatrifásico, siendo normalmente un motor de múltiples polos.
Constituyen ejemplos de tales motores un motor 12-6
de 2 fases, o un motor 6-4 de 3 fases. El motor
tiene un grupo estator S que incluye una serie de dientes de
estator ST, de las cuales tan solo una aparece en los dibujos. El
motor también incluye un grupo rotor R montado en un eje H y
dispuesto para girar con respecto al grupo estator. El grupo rotor
incluye una serie de dientes de rotor RT. Cuando el rotor gira, en
el sentido de las agujas del reloj indicado en los dibujos, se
generan fuerzas tanto en el grupo estator como en el grupo rotor.
Dichas fuerzas alcanzan su valor máximo cuando un diente del rotor
queda directamente en oposición a un diente del estator, tal como
indican las magnitudes de las flechas en las correspondientes
figuras 6A y 6B. Dichas fuerzas crean un efecto ovalizante en el
motor.
Durante el funcionamiento del motor, se activa y
desactiva de energía cada respectiva fase del motor, de un modo
secuencial. El intervalo de tiempo de cada fase se activa en base a
varios parámetros de funcionamiento y se han implantado varios
esquemas de control para determinar cuándo se producirá la
conmutación de una fase a la siguiente. Cuando la fase se vuelve
activa, se suministra corriente a un arrollamiento de fase W del
motor. Se suministra continuamente corriente al arrollamiento
durante el intervalo que la fase está activa. Tal como puede verse
en la figura 4B, la corriente suministrada al arrollamiento empieza
en el momento T_{o}.
Se utiliza un aparato 10 del presente invento
para controlar el perfil de corriente P (véase la figura 4D) en un
motor monofásico o polifásico de reluctancia conmutada M durante
una porción activa de cada fase. Tal como puede verse en la figura
1, el arrollamiento de fase W está conectado aun bus de corriente
continua a través de medios de conmutación 12. Los medios de
conmutación dirigen el flujo de corriente al arrollamiento cuando la
fase es activa e incluye un primer conmutador S1 para conectar el
arrollamiento a un costado del bus y un secundo conmutador S2 para
conectar el arrollamiento al otro costado del bus. Los medios de
conmutación incluyen los correspondiente diodos D1, D2. Cuando la
fase representada por el arrollamiento es activa, los conmutadores
S1 y S2 están cerrados.
Existente varios medios de detección para
determinar los parámetros de funcionamiento del motor. En la figura
6A, por ejemplo, hay un sensor del efecto Hall 14 para determinar
la posición instantánea del grupo motor R. Aun cuando no aparecen
en las figuras, se utilizan otros sensores para conocer la velocidad
del motor, el par de fuerza y similar información paramétrica. A
continuación, unos medios generadores de señal indicados
generalmente con la referencia 16 en la figura 1, incluyen un
generador de señal PWM que proporciona señales de funcionamiento a
uno o ambos conmutadores S1, S2, por los motivos descritos a
continuación, a fin de controlar el flujo de corriente al
arrollamiento W. Unos medios de control, indicados generalmente con
la referencia 18 en la figura 1, son responsables de las entradas
de los medios detectores a fin de controlar el funcionamiento de
los medios generadores de señal. Los medios de control controlan el
funcionamiento de los medios generadores de señal a fin de que los
medios generadores de señal proporcionen señales de funcionamiento
que tengan características funcionales mediante las cuales se
suministra corriente al arrollamiento de acuerdo con un perfil
predeterminado.
Haciendo referencia a las figuras 4A, 4B y 5A,
pueden verse un perfil convencional de corriente P1 para una fase
de motor y la fuerza normalizada resultante en el motor. En la
figura 4B, aparece el nivel de corriente a cero amperios antes de la
fase determinada en que el arrollamiento asociado se vuelve activo.
La fase se vuelve activa en el momento T_{0}. A continuación,
durante un tiempo T_{c}, se suministra corriente al arrollamiento
de fase. En el momento T_{c}, la fase se vuelve inactiva y cesa el
flujo de corriente al arrollamiento. Desde el momento T_{c} hasta
un momento T_{f}, la corriente vuelve a decaer a cero. Cuando
empieza a fluir corriente por el arrollamiento de fase, normalmente
el nivel de corriente sube a un nivel I_{p}, alcanzándose dicho
nivel en un momento T_{x}. Cuando cesa el flujo de corriente al
arrollamiento en el momento T_{c}, se produce una abrupta
transición en la pendiente del perfil de corriente. Esto se debe a
que la corriente en el arrollamiento, en el momento T_{c}, pasa
rápidamente a cero, tal como indica la fuerte pendiente en el perfil
de corriente. El perfil de inductancia L para el arrollamiento W se
ha representado en la figura 4A, y muestra la inductancia en el
arrollamiento con corriente suministrada a la fase de acuerdo con
el perfil de la figura 4B. Tal como aparece en la figura 5A, el
perfil normalizado de fuerza F1 para el motor también muestra una
transición brusca en el momento de interrupción de la corriente
T_{c}. El resultado de este brusco cambio en la pendiente del
perfil de fuerza normalizado es un ruidoso zumbido que se
representa mediante la forma de onda V1 en la figura 5A. Dicho
zumbido produce, a su vez, un alto nivel de ruido en el motor. Tal
nivel de ruido no es deseable.
Una característica del circuito 10, y del método
del presente invento, consiste en producir un perfil de corriente
como el perfil P2 representado en la figura 4D. De acuerdo con el
método, el flujo de corriente al arrollamiento aumenta rápidamente
desde cero a un valor máximo I_{p}' cuando la fase se vuelve
activa. Tal como puede verse en la figura 4D, la corriente alcanza
dicho valor máximo en el intervalo comprendido entre T_{o} y
T_{x}. Luego, a partir del momento T_{x}, se deja que la
corriente se reduzca desde dicho valor máximo a un segundo y más
bajo valor, por ejemplo el nivel de corriente I_{p}, cuando la
fase se vuelve inactiva en el momento T_{c}. A continuación la
corriente decae desde dicho segundo valor a cero cuando la fase se
vuelve inactiva. La ventaja de controlar el perfil de corriente de
este modo es que la pendiente del perfil de corriente entre el
momento T_{x} y el momento T_{c}, ya no es sustancialmente
plana como sucede con la situación convencional de la figura 4B.
Por el contrario, el perfil de corriente tiene una pendiente (una
pendiente negativa) que es similar a la que tiene la pendiente
desde momento T_{x} al momento T_{f}, aun cuando la pendiente
no es tan abrupta. Ahora, cuando cesa el suministro de corriente a
la fase, en el momento T_{c}, la transición en el perfil de
corriente que ocurre no es una transición abrupta, sino una
transición mucho más tranquila, o suave. En la figura 5B, se muestra
el perfil normalizado de fuerza F2 para el motor cuando se
suministra la corriente a una fase de acuerdo con el perfil P2, de
modo que esta transición más suave reduce la cantidad de zumbido en
el motor que ahora se produce cuando cesa el flujo de corriente al
arrollamiento. Esto puede verse en la forma de onda V2 en la figura
5B. Tal como se ha representado, el resultado es una significativa
reducción del ruido del motor.
Tal como se ha indicado antes, el circuito 10 del
presente invento, incluye un generador de señal PWM 16 que
suministra señales de funcionamiento a uno o ambos conmutadores S1,
S2. Alternativamente, y tal como puede verse a la figura 2, un
circuito 10' utiliza un microprocesador que tiene una salida de
señal PWM para suministrar también señales de funcionamiento a los
conmutadores. Cualquier generador de señal 16 o microprocesador 20
es capaz de suministrar una señal PWM que es una señal de recorte
"blando", o una señal de recorte "duro". En la figura 3A
aparece una señal PWM de recorte blando, y en la figura 3B una
señal de recorte duro. Si el generador de señal o microprocesador
proporciona una señal de recorte blando, dicha señal tan solo se
suministra a uno de los conmutadores; por ejemplo el conmutador S2,
para modular el conmutador entre sus posiciones "conectado" y
"desconectado". El otro conmutador S1 se mantiene en un estado
"conectado" constante durante la porción activa de la fase. Por
otra parte, si el generador de señal o microprocesador suministra
una señal de recorte duro, la misma se suministra simultáneamente a
ambos conmutadores.
Haciendo referencia a la figura 4C, se muestra
una señal PWM G1 en que se suministra corriente a un arrollamiento
de fase de acuerdo con el perfil de corriente P1. La señal G1 tiene
una frecuencia constante y un ciclo de trabajo constante a través
del intervalo de fase activa que se extiende desde el momento
T_{o} al momento T_{c}. Una curva de tensión media A1
representa el voltaje medio de la forma de onda PWM suministrada a
la fase durante su intervalo activo, y aparece como un valor
totalmente constante. Para conseguir el perfil de corriente P2, de
acuerdo con las enseñanzas del presente invento, la señal PWM o
señales G2 (véase la figura 4E) suministradas al arrollamiento
pueden controlarse de varias maneras distintas. En la figura 4E, se
muestran señales de funcionamiento que tienen una frecuencia
constante, pero con ciclo de trabajo variable. Por tanto, tal como
puede verse en la figura 4E, desde el momento T_{o} al momento
T_{x}, las señales de funcionamiento tienen un ciclo de trabajo
que empieza con un primer valor y luego es progresivamente más
corto durante dicho intervalo. Desde el momento T_{x} al momento
T_{c}, las señales de funcionamiento tienen un ciclo de trabajo
constante. Sin embargo, este ciclo de trabajo es más corto que el
ciclo de trabajo de cualquiera de las señales de funcionamiento
suministradas al conmutador o conmutadores desde el momento T_{o}
al momento T_{x}. Ahora puede verse que la curva de voltaje medio
de las señales PWM suministradas a la fase durante su porción
activa tiene un primer segmento en que la tensión media es
sustancialmente mayor que la de un segundo segmento. La longitud de
los correspondientes segmentos corresponde a los respectivos
intervalos de suministro de señal PWM de ciclo de trabajo variable
y fijo a la fase. Esto es notable dado que significa que para
accionar la corriente al nivel de cima deseado I_{p}' en el
momento T_{x}, la entrada de tensión media a la fase debe ser
significativamente más alta que la que se suministra de otro
modo.
Haciendo referencia a las figuras
7A-7C, la figura 7A indica una corriente de señal
de funcionamiento PWM que corresponde a la indicada en la figura 4E.
De nuevo, de acuerdo con este esquema, desde el momento T_{o-} al
T_{x}, el ciclo de trabajo de las señales de funcionamiento se
hallan inicialmente en un primer valor y luego se van volviendo
progresivamente más cortas. Desde el momento T_{x} al T_{c}, las
señales de funcionamiento tienen un ciclo de trabajo constante que
es más corto que el ciclo de trabajo de cualquiera de las señales
de funcionamiento suministradas a los medios de conmutación desde
el momento T_{o} al T_{x}. En la figura 7B se muestra una manera
alternativa de conseguir el mismo resultado; es decir, suministrar
una tensión notablemente más alta a la fase durante la primera fase
del intervalo activo de una fase, incluyendo el suministro de
señales PWM que tiene un ciclo de trabajo constante pero una
frecuencia variable. La frecuencia empieza a una frecuencia
seleccionada y va aumentando progresivamente durante el intervalo
de T_{o} a T_{x}. Desde el momento T_{x} al T_{c}, las
señales de funcionamiento tienen una frecuencia constante que es
mayor que la frecuencia de cualquiera de las señales de
funcionamiento suministradas a los medios de conmutación desde el
momento T_{o} a T_{x}. Finalmente, en la figura 7C, se muestra
un tercer método de suministrar una tensión notablemente más alta a
la fase durante la primera porción de un intervalo de fase activa,
que incluye el suministro de señales PWM que tienen tanto un ciclo
de trabajo variable como una frecuencia variable.
Independientemente de como la frecuencia y el ciclo de trabajo de
las señales varíen en el intervalo T_{o-} al T_{x}, desde el
momento T_{x} a T_{c}, sus señales de funcionamiento tienen
tanto una frecuencia constante como un ciclo de trabajo
constante.
Lo que se ha descrito es un esquema y método de
control para manipular el perfil de corriente en cada fase de un SRM
monofásico o polifásico. Los circuitos que llevan a cabo los
controles del esquema de control del perfil de corriente durante la
porción activa de cada fase destinados a reducir el ruido del motor.
El circuito y método pueden usar tanto técnicas de control de
corriente por recorte duro como por recorte blando a fin de
controlar el perfil de corriente. Durante el funcionamiento, el
nivel de corriente primero se hace subir a una amplitud máxima que
supere la de la corriente que se activa normalmente. Luego se deja
que la corriente caiga desde su máximo al mismo nivel que tendría
normalmente la corriente, cuando la fase se vuelve inactiva. El
resultado es un cambio en la pendiente del perfil de corriente
cuando la fase se vuelve inactiva, siendo menos abrupta de lo que
sería de lo contrario. El esquema y el método de control pueden
incorporarse fácilmente a los circuitos de control SRM existentes y
pueden incluir un microprocesador. De acuerdo con el método, se
utiliza el ciclo de trabajo de una señal PWM para controlar el
flujo de control en un arrollamiento de fase cuando la fase es
activa y para luego pasar rápidamente la corriente a su amplitud
máxima al comienzo del periodo activo de la fase. Alternativamente,
se varía la frecuencia de las señales PWM para conseguir el mismo
resultado. También es preferible variar tanto el ciclo de trabajo
como la frecuencia PWM a fin de conseguir idéntico resultado. Una
ventaja del esquema y método de control para modificar las fuerzas
normales dentro del motor a fin de que exista un cambio menos
abrupto en las fuerzas ovalizantes normalizadas que actúan sobre el
motor cuando la fase de motor cambia de activa a inactiva,
reduciendo así el zumbido del motor.
Teniendo en cuenta lo anterior, podemos ver que
se han alcanzado los varios objetos del invento y se han obtenido
otros resultados ventajosos.
Dado que pueden llevare a cabo varios cambios en
las anteriores construcciones, sin apartarse del ámbito del
invento, se pretende que la materia contenida en la descripción
precedente o representada en los dibujos adjuntos sea interpretada
como fines puramente ilustrativos y no es un sentido
limitativo.
Claims (6)
1. Aparato (10) para controlar el perfil de
corriente en un motor monofásico o polifásico de reluctancia
conmutada (SRM) durante la porción activa de una fase,
comprendiendo:
- -
- un arrollamiento de fase (W)
- -
- medios de conmutación (12) para dirigir el flujo de corriente al arrollamiento (W) cuando la fase es activa;
- -
- medios de detección (14) para detectar las condiciones de funcionamiento del SRM;
- -
- medios generadores de señal (16) proporcionando una señal de funcionamiento a los medios de conmutación (12) al control del flujo de corriente al arrollamiento (W);
- -
- medios de control (18) que responden a los medios de detección (14) para controlar los medios generadores de señal (16) para los medios generadores de señal a fin de proporcionar señales de funcionamiento que tienen características de funcionamiento mediante las cuales el suministro de corriente al arrollamiento (W) está de acuerdo con un perfil predeterminado; y
- -
- incluyendo los medios generadores de señal (16) un generador de señales PWM la amplitud del impulso, el ciclo de trabajo y la frecuencia de las cuales son en función de las características de funcionamiento del SRM, y del perfil de corriente deseado que hay que producir cuando la fase es activa;
caracterizado por el hecho de que
- -
- los medios de control (18) responden a las entradas de los medios detectores (14) cuando la fase se vuelve activa para variar, durante un primer segmento de tiempo (T_{0}-T_{x}), el ciclo de trabajo y/o la frecuencia de las señales de funcionamiento PWM producidas por los medios generadores de señal (16) a fin de que el ciclo de trabajo sea inicialmente de una longitud que se vuelva progresivamente más corta, y/o la frecuencia inicial se vuelva progresivamente más alta, cuando la corriente va desde cero y hasta que alcanza un valor máximo (Ip') del perfil de corriente; y
- -
- para proporcionar una frecuencia constante y un ciclo de trabajo constante de las señales de funcionamiento PWM durante un segundo segmento de tiempo (T_{x}-T_{c}) a partir del momento (T_{c}) cuando la corriente alcanza el valor máximo (Ip') del perfil de corriente hasta que la fase se vuelve inactiva, a fin de que el flujo de corriente, durante el primer segmento de tiempo, sea aumentado rápidamente desde cero al valor máximo (Ip') a un segundo y más bajo valor (Ip) en el momento (tc) que la fase se vuelve inactiva, bajando la corriente desde dicho segundo valor (Ip) a cero cuando la fase se vuelve inactiva, de modo que la transición en el perfil de corriente que se produce cuando la fase es conmutada de activa a inactiva no sea una transición abrupta, reduciendo dicha transición no abrupta la cantidad de zumbido que normalmente se produce en el motor cuando el flujo de corriente al arrollamiento (W) cesa, lo cual reduce el ruido del motor.
2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
en que cuando el SRM es un SRM polifásico, teniendo el SRM un
arrollamiento (W) para cada fase del motor, los medios de control
(18) controlan el perfil de la corriente suministrada a cada
arrollamiento de fase (W) cuando la fase es activa.
3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
en que los medios de conmutación (12) comprenden primer y segundo
conmutadores (S1, S2) entre los que va conectado el arrollamiento
(W), siendo activados ambos conmutadores (S1, S2) para permitir el
flujo de corriente al arrollamiento (W), y los medios generadores de
señal (16) modulan uno de los conmutadores (S1, S2) con señales
funcionales para controlar el funcionamiento del conmutador (S1,
S2).
4. El aparato de acuerdo con la reivindicación 3,
en que los medios generadores de señal (16) modulan ambos
conmutadores (S1, S2) con señales de funcionamiento para ambos
conmutadores (S1, S2) a controlar por las características de la
señal de las señales de funcionamiento.
5. El aparato de acuerdo con la reivindicación 4,
en que los medios de control (18) incluyen un microprocesador (20)
que tiene una salida de señal PWM que recibe las entradas
concernientes al funcionamiento del SRM y que controla las
características de las señales de funcionamiento generadas a la
salida de señal PWM en función de dichas entradas y el perfil de
corriente producido cuando una fase es activa.
6. Un método para controlar el perfil de
corriente de un motor monofásico o polifásico de reluctancia
conmutada (SRM) durante la porción activa de una fase,
comprendiendo:
- -
- conmutar un arrollamiento de fase (W) en un circuito mediante lo cual se dirige el flujo de corriente al arrollamiento (W) cuando la fase es activa;
- -
- generar señales de funcionamiento PWM que se utilizan para controlar el flujo de corriente al arrollamiento; y
- -
- controlar las características de la señal de las señales de funcionamiento para que tengan las características funcionales mediante las cuales el suministro de corriente al arrollamiento esté de acuerdo con un perfil predeterminado;
caracterizado por el hecho de que
- -
- el ciclo inicial de trabajo y/o la frecuencia inicial, durante un primer segmento de tiempo (T_{o}-T_{x}) se vuelve progresivamente un ciclo de trabajo más corto, respectivamente una frecuencia más alta, cuando la corriente va desde cero hasta que alcanza un valor máximo (Ip') del perfil de corriente, y tiene una frecuencia constante y un ciclo de trabajo constante durante un segundo periodo de tiempo (T_{x}-T_{c}) desde el momento (T_{x}) cuando la corriente alcanza el valor máximo (Ip') del perfil de corriente hasta que la fase se vuelve inactiva;
- -
- de manera que el flujo de corriente aumenta rápidamente desde cero al valor máximo (Ip') cuando la fase se vuelve activa y luego se deja baje durante el segundo segmento de tiempo desde el valor máximo (Ip') hasta un segundo y más bajo nivel (Ip) en el momento (T_{c}) que la fase se vuelve inactiva, bajando la corriente desde dicho segundo valor (Ip) hasta cero cuando la fase se vuelve inactiva, de manera que la transición en el perfil de corriente que se produce cuando la fase conmuta de activa a inactiva no es una transición abrupta, con lo cual esta transición no abrupta reduce la cantidad de zumbido que se produce normalmente en el motor cuando cesa la corriente que fluye al arrollamiento (W), con lo cual se reduce el ruido del motor.
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