ES2228399T3 - Gestion de la potencia de un generador. - Google Patents
Gestion de la potencia de un generador.Info
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Abstract
Un procedimiento para controlar la potencia de un generador en una unidad eléctrica (100) de refrigeración de transportes y maximizar la capacidad de dicha unidad de refrigeración, estando controlada dicha unidad de refrigeración por un controlador (154) de microprocesador, incluyendo dicho procedimiento las operaciones de: i. vigilar la corriente de generador para dicha unidad de refrigeración; ii. comparar dicha corriente de generador con un valor predeterminado almacenado en el microprocesador (154) que controla dicha unidad de refrigeración; y iii.enviar una señal desde dicho microprocesador (154) a una válvula de modulación de succión (130), alterando por tanto el flujo de masa en la unidad de refrigeración; por lo que la absorción de corriente resultante del flujo alterado de masa corresponde aproximadamente al valor predeterminado almacenado en el microprocesador (154).
Description
Gestión de la potencia de un generador.
El ámbito del presente invento se refiere a
sistemas de control para sistemas de refrigeración de transportes.
Más específicamente, el presente invento está enfocado a controlar
los requisitos de potencia de generador a través del control
combinado de la válvula de modulación de succión (la "SMV"),
las descargadoras de cilindro de compresor, la velocidad del motor
diesel para el sistema y el ajuste de sobrecalentamiento de la
válvula de expansión.
Un problema común al transportar productos
perecederos es que a menudo tales productos deben ser mantenidos en
límites estrictos de temperatura, independientemente de condiciones
de funcionamiento potencialmente extremas requeridas por una alta
temperatura ambiente y/u otros factores. Estas condiciones extremas
pueden provocar una excesiva absorción de potencia del motor diesel
que suministra potencia al sistema, provocando potencialmente, por
tanto, paradas indeseadas del sistema o incluso afectar adversamente
en la vida útil del motor. Recientes inventos, por el cesionario de
la presente solicitud, han permitido ahorros significativos de
costes a través de la implementación de una unidad de refrigeración
de tráiler accionada eléctricamente desde un generador magnético
síncrono permanente. Sin embargo, el uso de este nuevo sistema
tiene la desventaja de significativas limitaciones de suministro de
potencia comparado con dispositivos de la técnica anterior. Por
tanto, existe la necesidad de un controlador eficiente que optimice
la gestión de potencia para la absorción de los generadores de tales
sistemas de transporte.
Los diseños disponibles actualmente de
controladores vendidos por el cesionario describen el uso de
válvulas de modulación de succión ("SMV") para limitar la
absorción máxima de corriente del sistema. Además, tales unidades
usan una válvula de modulación de succión (SMV) para limitar la
absorción máxima de corriente del sistema, pero no para controlar el
voltaje. Las SMVs de tales sistemas se cierran rápidamente, pero
dan lugar a problemas de caída de presión que limitan los problemas
de capacidad de picos y crean asuntos de eficacia y fiabilidad.
Además, los controles disponibles anteriormente por la técnica
anterior son comparativamente toscos respecto los que se necesitan
para sistemas más nuevos limitados de potencia, que piden controles
combinados, sofisticados, que vigilen y manipulen ajustes de
sobrecalentamiento, descargadoras de cilindros de compresor y
velocidad de motor para evitar absorciones inaceptables de potencia
en el sistema de refrigeración de transportes. Los inventores del
sistema y el procedimiento descritos en la presente solicitud han
encontrado mejoras significativas en la gestión de potencia de
generador controlando sólo dichos parámetros, disminuyendo así el
desgaste y desgarro de componentes del sistema y aumentando la vida
del generador y el motor.
El documento
EP-A-0435487 describe un sistema de
control de refrigeración en el que una válvula de modulación de
succión es controlada como respuesta a la temperatura de un motor
eléctrico de accionamiento.
El presente invento proporciona un procedimiento
para controlar potencia de generador según la reivindicación 1.
El aparato y el método de control descritos en
esta memoria proporcionan una unidad de refrigeración para un
sistema de transporte que tiene un controlador que vigila y evita
condiciones de sobrecarga de absorción de potencia por el generador
in situ. Por ejemplo, el algoritmo en el controlador está
diseñado para ajustar cambios en la temperatura de la caja y cambios
de velocidad. El presente sistema gestiona la potencia
(indirectamente) vigilando y controlando la velocidad del motor y la
corriente. El controlador del presente sistema está diseñado para
evitar sobrecargar el generador y el motor (es decir, sólo para
mantener el generador y la unidad de motor funcionando), y está
diseñado además para evitar la parada (y potencialmente, daño).
Tales condiciones se evitan estando por debajo de un régimen límite
máximo de potencia del sistema preseleccionado.
El presente invento no maximiza la capacidad de
la caja o contenedor del sistema de refrigeración de transporte, el
presente invento está dirigido más bien hacia minimizar los límites
colocados en el nivel actual - por tanto, el presente invento busca
minimizar la reducción del nivel óptimo de capacidad de
refrigeración. La potencia, y consecuentemente la absorción de
corriente, sube y baja con el flujo de masa. Así, el controlador
del presente invento vigila la corriente y controla el flujo de masa
como medio para controlar la absorción de potencia en el
generador.
También, el sistema descrito busca limitar la
temperatura del generador controlando la SMV. Si la temperatura del
generador para un rotor permanente de imán supera un cierto punto,
se desimanará y por tanto requerirá un reacondicionamiento caro y
lento. Así, el controlador vigila la temperatura del generador y
restringe el flujo de masa en el sistema (disminuyendo así la
absorción de potencia en el caso de que la temperatura del generador
esté por encima de un límite preseleccionado). Específicamente, la
temperatura de generador detectada va por encima de un límite
"blando", el controlador restringe además la SMV
(indirectamente, reduciendo la corriente permisible máxima, a través
del control PID en el procesador). Si la temperatura del generador
detectada va por encima de un límite "duro", entonces se emite
una alarma y la unidad puede iniciar la parada.
Finalmente, el sistema busca minimizar o eliminar
la función de paso provocada por la desexcitación de cada cargadora
del compresor del sistema, que carga dos cilindros adicionales en el
compresor. Cada descargadora desexcitada, cuando es desexcitada,
tiene el efecto de aumentar el flujo de masa al menos un 50%, y
puede aumentar la corriente más allá de la máxima absorción de
corriente permitida. Así, el sistema, que usa una programación en
el microprocesador del controlador, aumenta el ajuste de
sobrecalentamiento, lo que da lugar a restringir la válvula de
expansión electrónica (la "EXV") y por tanto reduce el flujo de
masa antes de que la descargadora sea desexcitada. El ajuste de
sobrecalentamiento (y por tanto la EXV) es reducido gradualmente
hasta sus niveles base iniciales una vez que la absorción de
corriente detectada está por debajo de un límite
preseleccionado.
La figura 1 muestra un diagrama del sistema de
refrigeración de transporte del presente invento.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques de una
primera realización preferida de un controlador del presente
invento; y
La figura 2a muestra un diagrama de bloques de
una segunda realización preferida de un controlador del presente
invento.
Las figuras 3 y 3a, respectivamente, muestran una
vista expuesta en sección transversal de las descargadoras del
compresor del presente invento en estados excitado y desexcitado,
respectivamente.
El invento que es objeto de la presente solicitud
es uno de una serie de solicitudes que tratan con el control y
diseño de sistemas de refrigeración de transportes, incluyendo las
otras solicitudes pendientes: "Control de Voltaje Usando la
Velocidad del Motor" (documento US 6.226.998); "Modo de
Economía para Unidades de Refrigeración de Transporte" (documento
US 6.044.651); "Gestión Envolvente de Funcionamiento de
Compresor" (documento US 6.301.911); "Control de Alta
Temperatura del Refrigerante del Motor" (documento US 6.148.627);
"Control de Sobrecalentamiento para una Capacidad Óptima bajo
Limitación de Potencia y Usando un Válvula de Modulación de
Succión" (documento US 6.141.981); y "Control Electrónico de
Válvula de Expansión Sin Lectura de Sensor de Presión" (documento
US 6.148.627), todas las cuales están cedidas a los cesionarios del
presente invento. Estos inventos están diseñados más
preferiblemente para el uso en sistemas de refrigeración de
transporte del tipo descrito en las solicitudes pendientes
tituladas: "Unidad de Refrigeración de Tráiler Accionada
Eléctricamente Con Generador De Imán Montado Integralmente y
Accionado Permanentemente por Diesel" (documento US 6.223.546) y
"Unidad de Refrigeración de Transporte con un Sistema de Potencia
de Generador Síncrono" (documento EP 1.046.525), cada uno de los
cuales fueron inventados por Robert Chopko, Kenneth Barrett y James
Wilson, y cada uno de los cuales fueron igualmente cedidos
igualmente a los cesionarios del presente invento.
La figura 1 ilustra una representación
esquemática del sistema 100 de refrigeración de transporte del
presente invento. El refrigerante (que, en su realización más
preferida, es R404A) se usa para enfriar el aire de la caja (es
decir, el aire dentro del contenedor, tráiler o camión) del sistema
100 de transporte de refrigeración, se comprime en primer lugar con
un compresor 116, que es accionado por un motor 118, que es más
preferiblemente un motor integrado de accionamiento eléctrico
accionado por un generador síncrono (no mostrado) que funciona a
baja velocidad (más preferiblemente a 45 Hz) o alta velocidad (más
preferiblemente 65 Hz). Otra realización preferida del presente
invento, sin embargo, proporciona un motor 118 que es un motor
diesel, más preferiblemente un motor diesel de cuatro cilindros de
2200 cm^{3} de cilindrada que funciona preferiblemente a alta
velocidad (aproximadamente 1950 rpm) o a baja velocidad
(aproximadamente 1350 rpm). El motor 118 acciona más
preferiblemente un compresor 116 de 6 cilindros que tiene una
cilindrada de 600 cm^{3}, el compresor 116 tiene además dos
descargadoras, cada una para descargar selectivamente un par de
cilindros bajo condiciones de funcionamiento selectivas. En el
compresor, el refrigerante (preferiblemente en estado vapor) es
comprimido hasta una presión y temperatura mayores. El refrigerante
se mueve luego hacia el condensador 114 enfriado por aire, que
incluye una pluralidad de tubos y aletas 122 de espiral de
condensador, que recibe aire, soplado típicamente por un ventilador
de condensador (no mostrado). Retirando calor latente con esta
operación, el refrigerante se condensa hasta un líquido de alta
presión/alta temperatura y fluye hacia un receptor 132 que
proporciona un almacenamiento para el exceso de refrigerante líquido
durante funcionamiento a baja temperatura. Desde el receptor 132,
el refrigerante fluye a través de una unidad 140 subenfriadora,
después hacia un filtro-secador 124 que mantiene el
refrigerante limpio y seco, y después hacia un intercambiador de
calor 142, que aumenta el subenfriamiento del refrigerante.
Finalmente, el refrigerante fluye hacia una
válvula electrónica de expansión 144 (la "EXV"). Cuando el
refrigerante líquido pasa a través del orificio de la EXV, al menos
algo de él se vaporiza. El refrigerante fluye después a través de
los tubos o serpentines 126 del evaporador 112, que absorbe calor
desde el aire de retorno (es decir, aire que retorna desde la caja)
y al actuar de esta manera, vaporiza el refrigerante líquido que
sobra. El aire de retorno es empujado o arrastrado preferiblemente
a través de tubos o serpentines 126 por al menos un ventilador de
evaporador (no mostrado). El vapor de refrigerante es arrastrado
después desde el intercambiador 112 a través de una válvula de
modulación de succión (o "SMV") de nuevo al compresor.
Muchos de los puntos en el sistema de
refrigeración de transporte son controlados y vigilados por un
controlador 150. Como se muestra en las figuras 2 y 2A el
controlador 150 incluye preferiblemente un microprocesador 154 y su
memoria asociada 156. La memoria 156 del controlador 150 puede
contener valores deseados preseleccionados del propietario y del
operador para distintos parámetros de funcionamiento dentro del
sistema, incluyendo, pero no limitado al punto de ajuste de
temperatura para varios lugares dentro del sistema 100 o la caja,
límites de presión, límites de corriente, límites de velocidad de
motor y cualquier variedad de otros límites o parámetros deseados de
funcionamiento con el sistema 100. El controlador 150 incluye más
preferiblemente una placa 160 de microprocesador que contiene un
microprocesador 154 y una memoria 156, una placa 162 de
entrada/salida (I/O), que contiene un convertidor 156 de analógico a
digital que recibe entradas de temperatura y entradas de presión
para varios puntos en el sistema, entradas de corriente alterna CA,
entradas de corriente continua CC, entradas de voltaje y entradas de
nivel de humedad. Además, la placa 162 de I/O incluye circuitos de
accionamiento o transistores de efecto de campo ("FETs") y
relés que reciben señales o corriente del controlador 150 y a su vez
controlan varios dispositivos periféricos o externos en el sistema
100, tales como la SMV 130, la EXV 144 y la velocidad del motor 118
a través de un solenoide (no mostrado).
Entre los transductores y sensores específicos
los más preferiblemente vigilados por el controlador 150 incluyen:
el sensor de temperatura aire de retorno (RAT) que introduce en el
procesador 154 un valor variable de resistencia acorde con la
temperatura del aire de retorno del evaporador; la temperatura de
aire ambiente (AAT) que introduce en el microprocesador 154 un valor
variable de resistencia acorde con la lectura de temperatura del
aire ambiente en la parte delantera del condensador 114, el sensor
de temperatura de succión del compresor (CST); que introduce en el
microprocesador un valor variable de resistencia acorde con la
temperatura de succión del compresor; el sensor de temperatura de
descarga del compresor (CDT), que introduce en el microprocesador
154 un valor de resistencia acorde con la temperatura de descarga
del compresor dentro de la culata del compresor 116; el sensor de
temperatura de salida del evaporador (EVOT), que introduce en el
microprocesador 154 un valor variable de resistencia acorde con la
temperatura de salida del evaporador 112; el sensor de temperatura
del generador (GENT), que introduce en el microprocesador 154 un
valor de resistencia acorde con la temperatura del generador; el
sensor de temperatura de refrigerante de motor (ENCT), que introduce
en el microprocesador 154 un valor variable de resistencia acorde
con la temperatura de refrigerante del motor 118; el transductor de
presión de succión del compresor (CSP), que introduce en el
microprocesador 154 un voltaje variable acorde con el valor de
succión del compresor 116; el transductor de presión de descarga del
compresor (CDP), que introduce en el microprocesador 154 un voltaje
variable acorde con el valor de descarga del compresor 116; el
transductor de presión de salida del evaporador (EVOP) que introduce
en el microprocesador 154 un voltaje variable acorde con la presión
de salida del evaporador 112; el interruptor de presión de aceite
motor (ENOPS), que introduce en el microprocesador 154 un valor de
presión de aceite motor desde el motor 118; sensores de corriente
directa y corriente alterna (CT1 y CT2, respectivamente), que
introducen en el microprocesador 154 valores variables de voltaje
correspondientes a la corriente absorbida por el sistema 100 y un
transductor de rpm del motor (ENRPM), que introduce en el
microprocesador 154 una frecuencia variable acorde con las rpm del
motor 118.
En el presente invento, la potencia consumida por
el compresor 116 varía directamente con el régimen del flujo de masa
del refrigerante. La válvula de modulación de succión o SMV 130 se
usa para proporcionar la posibilidad de crear una restricción al
refrigerante, provocando así una reducción consecuente en la
absorción de potencia. El consumo de potencia es vigilado
indirectamente por el controlador 150 con la medición de corriente
recibida a través del panel 162 de I/O. Un control derivativo,
integral y proporcional usado por el procesador 154 basado en la
corriente actual del generador medida con relación a la corriente
permisible de generador según la almacenada en la memoria 156 se usa
después para controlar la posición de la SMV 130 y limita la
corriente del generador mientras que se maximiza la capacidad de
refrigeración del sistema 100. Así, la SMV 130 restringe
eventualmente el régimen de flujo de masa al punto en el que el
régimen de corriente actual cae por debajo del nivel máximo
predeterminado como el almacenado en la memoria 156 del controlador
150.
La SMV 130 se usa también para limitar la
temperatura del generador, como entrada en el controlador como GENT.
Si GENT está por encima de la temperatura máxima de generador
regulada como la definida en el parámetro de configuración
almacenado en la memoria 156 para una fracción de tiempo
preseleccionada (preferiblemente mayor de 5 minutos), entonces la
máxima corriente permisible de generador (que está programada en el
controlador 150) se reduce 1 Amperio. Esto provocará, en la mayoría
de los casos, que la SMV 130 se cierre y reduzca la absorción de
potencia. Si, sin embargo, después de una fracción de tiempo
preseleccionado (por ejemplo 5 minutos) el valor de GENT todavía
está por encima del límite preseleccionado, el límite de corriente
del generador es reducido además por una cantidad preseleccionada
adicional (p.e. 5 amperios) y es mantenida en este nivel durante un
tiempo preseleccionado (p.e. 10 minutos). Si después de este
periodo la temperatura todavía está por encima de la temperatura
máxima de generador regulada, se activa una alarma de alta
temperatura de generador y se notifica al operador por medio de la
pantalla 164. Si la temperatura está por debajo de la temperatura
máxima de generador regulada, el procesador 154 reestablece el
límite máximo permisible de generador, más preferiblemente en el
régimen de 1 amperio por minuto.
El sistema descrito incluye además un control de
velocidad del motor para limitar la absorción innecesaria de
potencia en el generador. Como se ha mencionado antes, una
realización preferida del presente invento incluye un motor diesel
118 que tiene dos ajustes - alta velocidad y baja velocidad. Como
el generador 120 tiene más potencia disponible cuando el motor está
funcionando a alta velocidad, el controlador 150 permite una
absorción máxima de corriente del generador 120 en el modo de alta
velocidad. Sin embargo, cualquier momento en el que el sistema 100
requiera una transición desde alta velocidad a baja velocidad (por
ejemplo, control de capacidad, ahorro de combustible, alta
temperatura ambiente, etc) la máxima absorción permisible de
potencia tiene que ser ajustada para reflejar la potencia inferior
disponible desde el generador 120 en baja velocidad. El controlador
150 cumple esta función reduciendo inmediatamente el valor límite
máximo de corriente usado para controlar la SMV 130 cuando se
requiere bajo funcionamiento, pero después también retrasar la señal
de control de reducción de velocidad actual hasta que: 1) las
medidas de valor de absorción de corriente actual es igual a (o
inferior que) el límite de corriente de velocidad de motor baja; o
2) transcurre un límite preseleccionado de tiempo (preferiblemente
al menos 40 segundos) desde el momento en el que es reciba la
petición de baja velocidad por el controlador 150.
Finalmente, el sistema descrito gestiona la
potencia del generador por medio del control del régimen de flujo en
el caso de desexcitación de la descargadora del compresor. Como se
ha mencionado antes y como se ha mostrado en las figuras 3 y 3A, la
realización preferida del presente invento incluye un compresor 116
que tiene seis cilindros y dos descargadoras. Cada descargadora,
cuando está excitada, descarga un grupo de dos cilindros. Así,
cuando un grupo de cilindros está cargado, hay un aumento de paso de
al menos el 50% (es decir, de 2 a 4 cilindros o de 4 a 6 cilindros)
en el régimen de flujo de masa de refrigerante y un aumento
consiguiente en el consumo de potencia. Para reducir el riesgo de
daño al generador debido a tal "pico" en el consumo de
potencia, el controlador 150 vigila la corriente actual del
generador y evita que las descargadoras se desexciten cuando la
corriente actual del generador sea igual o mayor que el valor máximo
permisible de corriente del generador, como esté almacenado en la
memoria 156.
El sistema descrito tiene además un mecanismo de
protección de consumo de potencia en el procedimiento de
desexcitación de la descargadora. Específicamente, antes de que el
controlador emita una señal de control requiriendo que un grupo de
cilindros sea descargado, el controlador 150 añade primero al ajuste
de sobrecalentamiento de la EXV 144 (como esté almacenado en la
memoria) una cantidad fija. El aumento del ajuste de
sobrecalentamiento provoca que la EXV 144 se cierre, restringiendo
así el flujo de masa del refrigerante, disipando así cualquier
impacto en la absorción de potencia que pudiera tener el grupo
adicional de cilindros que está siendo cargado. El controlador 150
reduce después gradualmente el ajuste de sobrecalentamiento (es
decir, abre de forma controlada la EXV) a su valor original. Así,
el controlador 150 busca el combinar controles sobre la velocidad el
motor, ajustes de sobrecalentamiento (EXV), ajustes de SMV, y
límites de máxima absorción de corriente para evitar absorción
innecesaria de potencia en el generador 120 en una variedad de
condiciones de funcionamiento.
Los expertos en la técnica apreciarán que se
pueden hacer distintos cambios, adicciones, omisiones y
modificaciones a las realizaciones ilustradas sin apartarse del
alcance del presente invento, tal y como se define en las siguientes
reivindicaciones.
Claims (1)
1. Un procedimiento para controlar la potencia de
un generador en una unidad eléctrica (100) de refrigeración de
transportes y maximizar la capacidad de dicha unidad de
refrigeración, estando controlada dicha unidad de refrigeración por
un controlador (154) de microprocesador, incluyendo dicho
procedimiento las operaciones de:
- i.
- vigilar la corriente de generador para dicha unidad de refrigeración;
- ii.
- comparar dicha corriente de generador con un valor predeterminado almacenado en el microprocesador (154) que controla dicha unidad de refrigeración; y
- iii.
- enviar una señal desde dicho microprocesador (154) a una válvula de modulación de succión (130), alterando por tanto el flujo de masa en la unidad de refrigeración;
por lo que la absorción de corriente resultante
del flujo alterado de masa corresponde aproximadamente al valor
predeterminado almacenado en el microprocesador (154).
Applications Claiming Priority (2)
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| US09/277,509 US6196012B1 (en) | 1999-03-26 | 1999-03-26 | Generator power management |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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