ES2296184T3 - Circuito excitador para un motor electrico sincrono. - Google Patents
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Abstract
Circuito (10) excitador para un motor (1) eléctrico síncrono alimentado con una tensión (V) proporcionada por una fuente de alimentación de corriente alterna, y que incluye: un estator (2) con al menos un bobinado (4), y un rotor (5) de imán permanente, asociado a medios (6) de sensor de posición para suministrar una señal (H) eléctrica esencialmente en forma de onda cuadrada; comprendiendo el circuito (10) excitador: medios (11-13) para controlar la conducción de corriente, conectados esencialmente en serie con al menos una parte del bobinado (4) de estator, entre los terminales (N, P) de la citada fuente de alimentación, y que comprenden un primer y un segundo dispositivos (12, 13) electrónicos de conducción unidireccional controlada, en conexión anti-paralela cada uno con el otro, con entradas (12a, 13a) de control correspondientes, y medios (14) de circuito de procesamiento y control, conectados a los citados medios (6) de sensor de posición y a dicha fuente de alimentación, ydiseñados para controlar, de maneras predeterminadas, los citados medios (11 - 13) para controlar la conducción de corriente; estando el circuito (10) excitador caracterizado porque los citados medios (14) de circuito de procesamiento y control comprenden: medios (16) de circuito protector, diseñados para generar en su salida una señal (C) de inhibición lógica, a partir de cada cruce por cero de la tensión (V) de alimentación del motor, teniendo la señal (C) de inhibición una duración (t0) específica que es menor que un cuarto del período de la citada tensión (V) de alimentación, y medios (17) de circuito de habilitación, conectados a los citados medios (6) de sensor de posición, y diseñados para permitir que el primer y el segundo dispositivos (12, 13) de conducción controlada conduzcan alternativamente corriente, en sincronización con la señal (H) de onda cuadrada suministrada por los citados medios (6) de sensor de posición; estando los citados medios (17) de circuito de habilitación conectados a los medios (16) de circuito protector de tal modo que la conducción de corriente a través del dispositivo (12, 13) de conducción controlado que esté habilitado en cada instante, es inhibida durante la duración (t0) de la citada señal (C) de inhibición.
Description
Circuito excitador para un motor eléctrico
síncrono.
La presente invención se refiere a una forma
general de circuito excitador para un motor eléctrico síncrono.
En particular, la invención se refiere a un
circuito excitador para un motor eléctrico síncrono alimentado con
la tensión suministrada por una fuente de alimentación de corriente
alterna, que incluye:
un estator con al menos un bobinado, y
un rotor de imán permanente, asociado a medios
de sensor de posición para el suministro de una señal eléctrica
esencialmente en forma de onda cuadrada.
Más específicamente, la invención se refiere a
un circuito excitador que comprende:
medios para controlar la conducción de
corriente, conectados esencialmente en serie con al menos parte del
bobinado del estator entre los terminales de la fuente de
alimentación citada anteriormente, y que comprenden un primer y un
segundo dispositivos electrónicos de conducción unidireccional
controlada, en relación de conexión en paralelo cada uno con el
otro, con entradas de control correspondientes, y
medios de circuito de procesamiento y de
control, conectados a los citados medios sensores de posición y a
dicha fuente de alimentación, y diseñados para controlar de formas
predeterminadas las entradas de control de los citados dispositivos
de conducción unidireccional controlada.
Cuando un motor eléctrico síncrono se pone en
marcha, resulta deseable que la corriente que circula por el
bobinado del estator alcance rápidamente un nivel alto, con el fin
de permitir que se desarrolle un par torsor elevado en un tiempo
corto durante la aceleración, de modo que la condición de
sincronismo con la tensión de alimentación pueda ser alcanzada
rápidamente. Por otra parte, la corriente alimentada al bobinado del
estator no debe alcanzar un nivel excesivamente alto, puesto que
ello podría entrañar un riesgo de provocar la desmagnetización de
los imanes permanentes del rotor.
Un objeto de la presente invención consiste por
lo tanto en proporcionar un circuito excitador que sea simple y
económico de fabricar, y que permita que la corriente del estator
sea controlada de tal manera que se evite el riesgo de
desmagnetización de los imanes del rotor.
Este y otros objetos han sido alcanzados de
acuerdo con la invención, con un circuito excitador del tipo que se
ha especificado en lo que antecede, que se caracteriza porque los
medios de circuito mencionados anteriormente para procesamiento y
control, comprenden:
medios de circuito protector, diseñados para
generar en su salida una señal de inhibición lógica que se inicia
en cada cruce por cero de la tensión de alimentación, teniendo la
señal de inhibición una duración predeterminada que es menor que un
cuarto del período de la tensión de alimentación, y
medios de circuito habilitador, conectados a los
medios sensores de posición citados anteriormente, y diseñados para
habilitar el primer y el segundo dispositivos de conducción
unidireccional alternativamente para conducir corriente, en
sincronismo con la señal de onda cuadrada suministrada por los
medios sensores de posición mencionados anteriormente;
estando los citados medios de circuito
habilitador conectados a los medios de circuito protector de tal
modo que la conducción de corriente a través del dispositivo de
conducción unidireccional habilitado en cada momento, se inhibe
durante la duración de la citada señal de inhibición.
Otras características y ventajas de la
invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción detallada que sigue, proporcionada únicamente a título
de ejemplo y sin carácter limitativo, con referencia a los dibujos
anexos, en los que:
La figura 1 es una ilustración esquemática de la
estructura de un motor eléctrico síncrono con rotor de imanes
permanentes,
La figura 2 es un diagrama de los bloques de
circuito de un circuito excitador para un motor síncrono del tipo
mostrado en la figura 1,
La figura 3 es un diagrama de circuito
detallado, que muestra parte de un circuito excitador de acuerdo con
la presente invención, y
La figura 4 es un conjunto de diagramas que
muestran las formas de onda de algunas señales generadas durante la
operación del circuito conforme a la figura 3.
En la figura 1, el número 1 indica el conjunto
de un motor eléctrico síncrono de corriente alterna. Este motor
comprende, de manera conocida, un estator 2 que incluye un paquete 3
de chapas magnéticas, configuradas esencialmente con la forma de
una letra C. El estator 2 comprende también un bobinado 4,
posicionado alrededor de una porción del paquete 3 de chapas. En la
realización ilustrada, el bobinado 4 de estator posee dos terminales
4a y 4b extremos, y un terminal intermedio o derivación 4c.
Un rotor 5 de imán permanente, se encuentra
montado giratoriamente entre los extremos 3a y 3b del paquete 3 de
chapas del estator.
En la realización ilustrada, el rotor 5
comprende dos polos magnéticos. Adicionalmente, el entrehierro
creado entre la superficie esencialmente cilíndrica del rotor 5 y
las superficies enfrentadas de los extremos 3a y 3b de polos del
estator, ha sido formado (de manera en sí conocida) con un tamaño no
uniforme, para asegurar un par de arranque suficiente para el
motor.
Un sensor de posición eléctrico, asociado al
rotor 5 del motor, ha sido indicado mediante el número 6 en la
figura 1. Durante el funcionamiento, este sensor, que está situado
en una posición estacionaria, puede suministrar una señal de onda
cuadrada que es síncrona con la rotación del rotor 5.
El sensor 6 es, por ejemplo un sensor de efecto
Hall.
En la figura 2, el número 10 indica el conjunto
del circuito excitador para un motor eléctrico síncrono del tipo
que se ha descrito anteriormente. El circuito 10 comprende dos
terminales N, P de alimentación, diseñados para ser conectados a
una fuente de alimentación de corriente alterna, tal como la red
eléctrica ordinaria a 50 (60) Hz.
En la realización mostrada a título de ejemplo,
el circuito 10 excitador comprende un triac 11, conectado en serie
con el bobinado 4 de estator, entre los terminales N, P de
alimentación.
El circuito 10 excitador comprende también un
primer y un segundo dispositivos de conmutación electrónica
unidireccionales controlados, indicados mediante 12 y 13, en
conexión anti-paralelo cada uno con el otro, entre
el terminal N de alimentación y el terminal intermedio o derivación
4c del bobinado 4 del estator.
Los dispositivos 12 y 13 son, por ejemplo, SCRs,
y disponen de entradas (puertas) de control indicadas mediante 12a
y 13a, respectivamente.
En la figura 2, el número 14 indica un circuito
de procesamiento y control en su conjunto, que posee dos terminales
de entrada conectados a los terminales N y P de alimentación.
El circuito 14 posee una entrada adicional
conectada al sensor 6 de posición asociado al motor 5, una salida
conectada al terminal de control o entrada del triac 11, y otras dos
salidas conectadas a las entradas 12a, 13a de control de los
dispositivos 12 y 13 de conducción unidireccional controlada.
El circuito 14 de procesamiento y control
comprende también un circuito lógico indicado en su conjunto
mediante 15 en las figuras 2 y 3. Durante el funcionamiento, este
circuito lógico excita las entradas 12a, 13a de control de los
dispositivos 12 y 13 de conducción unidireccional, en función de la
señal suministrada por el sensor 6 de posición, y de los cruces por
cero de la tensión de alimentación aplicada entre los terminales N y
P.
Según se aprecia en el ejemplo de la realización
que se ilustra con detalle en la figura 3, el circuito 15 comprende
esencialmente un circuito 16 de protección, y un circuito 17 de
habilitación asociado.
El circuito 16 de protección comprende un
circuito 18 de generación de onda cuadrada, que recibe la tensión V
de alimentación en su entrada. El circuito 18 es, en particular, un
detector de los cruces por cero de la tensión V, y proporciona a su
salida una señal VSQ de onda cuadrada, cuya variación se muestra a
título de ejemplo en el segundo gráfico contando desde la parte
superior en la figura 4, por debajo del gráfico superior que
muestra la variación de la tensión V de alimentación.
La salida del circuito 18 se ha conectado
directamente a una primera entrada del circuito 19
EX-NOR.
La salida del circuito 18 se ha conectado
también a un dispositivo 20 de generación de señal de inhibición, a
través de un inversor 21.
El dispositivo 20 recibe a su entrada una señal
\overline{VSQ} cuya variación es esencialmente la inversa de la
correspondiente a la señal VSQ, como se muestra en el tercer
gráfico desde la parte superior de la figura 4. Este dispositivo
20, que por ejemplo es un circuito monoestable, proporciona a su
salida una señal de onda cuadrada indicada mediante A en las
figuras 3 y 4, cuyos flancos de conmutación de ataque y de salida
están retardados en un tiempo t_{0} con respecto a los
correspondientes flancos de la señal \overline{VSQ}.
\newpage
La salida del dispositivo 20 está conectada a
una segunda entrada del circuito 19 EX-NOR por medio
de otro inversor indicado mediante 22 en la figura 3. Durante el
funcionamiento, por lo tanto, una señal indicada mediante B,
idéntica a la señal A negada, se encuentra presente en esta otra
entrada del circuito 19 EX-NOR.
La señal a la salida del circuito 19
EX-NOR se ha indicado mediante C en las figuras 3 y
4.
Según se explica con mayor detalle en lo que
sigue, la señal C que aparece a la salida del circuito 16 de
protección es una señal de inhibición, que puede inhibir las salidas
del circuito 17 de habilitación durante intervalos sucesivos de
tiempo, cada uno de ellos con una duración de t_{0}.
El circuito 17 de habilitación posee una primera
entrada 17a conectada al sensor 6 de posición asociado al rotor 5
del motor, y una segunda entrada 17b conectada a la salida del
circuito 19 EX-NOR.
El circuito 17 de habilitación ha sido diseñado
para permitir que los dos dispositivos 12 y 13 de conducción
unidireccional controlada conduzcan corriente de forma alternativa,
en sincronismo con la señal H de onda cuadrada suministrada por el
sensor 6 de posición.
En la realización mostrada a título de ejemplo
en la figura 3, el circuito 17 de habilitación comprende dos
puertas AND, indicadas con 23 y 24, cada una de las cuales posee una
entrada conectada a la salida del circuito 19
EX-NOR, y una segunda entrada conectada al sensor 6
de posición, a través de un inversor 25 en el caso de la puerta 23,
y directamente en el caso de la puerta 24.
Durante el funcionamiento, la señal H
suministrada por el sensor 6 de posición determina cuál de los dos
dispositivos 12 y 13 de conducción unidireccional puede conducir
corriente en cada instante. Por otra parte, el circuito 16 de
protección, por medio de su señal C de inhibición, determina el
retardo tras el cual se inicia el flujo de corriente por parte del
dispositivo 12 ó 13 de conducción controlada, siempre que esté
habilitado (y en consecuencia, por el bobinado del estator), con
respecto al último cruce por cero de la tensión V de
alimentación.
Este retardo que, con referencia a la figura 4,
ha sido indicado anteriormente mediante t_{0}, es ventajosamente
menor que un cuarto del período de la tensión de alimentación.
También puede ser constante, y por lo tanto fijo, o puede hacerse
disminuir con el tiempo, según formas predeterminadas, durante la
aceleración inicial del motor, con el fin de evitar la conmutación
incorrecta que pudiera hacer que se generara un par torsor mecánico
negativo.
En cualquier caso, el valor mínimo del tiempo
t_{0} de retardo se elige de tal modo que la corriente que
circula por el motor 1 sea tal que no origine ningún riesgo de
desmagnetización de los imanes del rotor.
En el ejemplo de realización que se ha descrito
en lo que antecede con referencia a las figuras 2 a 4, el circuito
10 excitador es del tipo particular en que, al empezar, el triac 11
está inhabilitado inicialmente, y la corriente se alimenta a través
de los dispositivos 12 y 13 de conducción unidireccional hasta la
porción del bobinado 4 del estator situada entre los terminales 4b
y 4c únicamente. Debido a esta disposición, una impedancia más baja
se opone al flujo de corriente durante la fase de puesta en marcha
del motor, y la corriente puede alcanzar niveles más altos.
Al final de la fase de puesta en marcha, se
puede hacer que la corriente circule a través del bobinado 4 de
estator completo, puesto que el triac 11 está excitando el
motor.
Sin embargo, los principios de la solución
conforme a la invención, según se ha descrito en lo que antecede,
también son aplicables a circuitos excitadores en los que no se
encuentre presente el triac 11, y en los que el bobinado del
estator en su totalidad sea excitado, incluso en la fase de puesta
en marcha inicial del motor, a través de los dos dispositivos de
conducción controlada en relación de conexión
anti-paralela.
De manera clara, siempre que se conserven los
principios de la invención, las formas de aplicación y los detalles
de construcción pueden ser ampliamente variados respecto a lo que se
ha descrito e ilustrado únicamente a título de ejemplo y sin
carácter limitativo, sin apartarse por ello del ámbito de protección
de la invención según se define mediante las reivindicaciones
anexas.
Claims (5)
1. Circuito (10) excitador para un motor (1)
eléctrico síncrono alimentado con una tensión (V) proporcionada por
una fuente de alimentación de corriente alterna, y que incluye:
un estator (2) con al menos un bobinado (4),
y
un rotor (5) de imán permanente, asociado a
medios (6) de sensor de posición para suministrar una señal (H)
eléctrica esencialmente en forma de onda cuadrada;
comprendiendo el circuito (10) excitador:
medios (11-13) para controlar la
conducción de corriente, conectados esencialmente en serie con al
menos una parte del bobinado (4) de estator, entre los terminales
(N, P) de la citada fuente de alimentación, y que comprenden un
primer y un segundo dispositivos (12, 13) electrónicos de conducción
unidireccional controlada, en conexión
anti-paralela cada uno con el otro, con entradas
(12a, 13a) de control correspondientes, y
medios (14) de circuito de procesamiento y
control, conectados a los citados medios (6) de sensor de posición
y a dicha fuente de alimentación, y diseñados para controlar, de
maneras predeterminadas, los citados medios (11 - 13) para
controlar la conducción de corriente;
estando el circuito (10) excitador
caracterizado porque los citados medios (14) de circuito de
procesamiento y control comprenden:
medios (16) de circuito protector, diseñados
para generar en su salida una señal (C) de inhibición lógica, a
partir de cada cruce por cero de la tensión (V) de alimentación del
motor, teniendo la señal (C) de inhibición una duración (t_{0})
específica que es menor que un cuarto del período de la citada
tensión (V) de alimentación, y
medios (17) de circuito de habilitación,
conectados a los citados medios (6) de sensor de posición, y
diseñados para permitir que el primer y el segundo dispositivos
(12, 13) de conducción controlada conduzcan alternativamente
corriente, en sincronización con la señal (H) de onda cuadrada
suministrada por los citados medios (6) de sensor de posición;
estando los citados medios (17) de circuito de
habilitación conectados a los medios (16) de circuito protector de
tal modo que la conducción de corriente a través del dispositivo
(12, 13) de conducción controlado que esté habilitado en cada
instante, es inhibida durante la duración (t_{0}) de la citada
señal (C) de inhibición.
2. Circuito excitador de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que dichos medios de circuito protector
están diseñados de modo que generan en su salida una señal (C)
inhibidora, cuya duración (t_{0}), a partir de cada cruce por
cero de la tensión (V) de alimentación, se reduce con el tiempo de
manera predeterminada.
3. Circuito excitador de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los citados
medios (17) de circuito de habilitación comprenden un par de
dispositivos (23, 24) AND, cada uno de los cuales posee una primera
entrada conectada a la salida de los medios (16) de circuito
protector, y una segunda entrada conectada a la salida de los
citados medios (6) de sensor de posición, directamente en un caso y
a través de un inversor (25) lógico en el otro caso.
4. Circuito excitador de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los citados
medios de circuito protector comprenden un circuito para detectar
los cruces los cruces por cero (18) de la tensión (V) de
alimentación aplicada al motor (1) durante su funcionamiento,
estando la salida de este circuito conectada a una primera y una
segunda entradas de un circuito (19) lógico EX-NOR,
directamente en un caso y a través de un circuito que comprende un
dispositivo (20) de retardo, en el otro caso.
5. Circuito excitador de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los citados
medios (16) de circuito protector comprenden un circuito (18) de
generación de onda cuadrada que genera ondas cuadradas en la
tensión (V) de alimentación del motor siempre que esta tensión (V)
sea distinta de cero, con anterioridad o con posterioridad a cada
cruce por cero de la citada tensión (V) de alimentación.
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