ES2297524T3 - Metodo de control de un motor de corriente continua. - Google Patents

Abstract

Método para el control del accionamiento de un motor trifásico de corriente continua (11) por medio de un inversor, en el que se repite cíclicamente una secuencia de seis estados de conmutación (a, b, c, d, e, f) del inversor, donde un primer terminal de suministro conduce un primer voltaje de entrada (+) y un segundo terminal de suministro conduce un segundo voltaje de entrada (-), donde un primer interruptor respectivo (SU1, SV1, SW1) del inversor está dispuesto entre cada fase (U, V, W) del motor (11) y el primer terminal de suministro y un segundo interruptor respectivo (SU2, SV2, SW2) del inversor está dispuesto entre cada fase (U, V, W) del motor (11) y el segundo terminal de suministro, donde en cada uno de tres primeros estados de conmutación (a, c, e) para una de las tres fases (U, V, W) del motor de corriente continua (M) el segundo interruptor asociado se abre y cierra periódicamente en alternación y el primer interruptor asociado se abre, mientras que para las otras dos fases elprimer interruptor asociado se cierra de forma continua y el segundo interruptor asociado se abre de forma continua, y donde entre dos primeros estados de conmutación (a, c, e) en cada ejemplo está insertado un segundo estado de conmutación (b, d, f) en el que para una de las tres fases (U, V. W) el primer interruptor asociado se abre y cierra periódicamente en alternación y el segundo interruptor asociado se abre, mientras que para las otras dos fases el segundo interruptor asociado se cierra de forma continua y el primer interruptor asociado se abre de forma continua.

Description

Método de control de un motor de corriente continua.

La presente invención se refiere a un método para el control del accionamiento de un motor de corriente continua sin escobillas y a un inversor adecuado para llevar a la práctica el método.

El estator de dicho motor produce un campo magnético rotativo en que los imanes del rotor buscan alinearse uno con otro y así efectúan la rotación del rotor. Para lograr una eficiencia lo más alta posible de dicho motor, sería deseable cargar tres devanados del estator con respectivas corrientes sinusoidales mutuamente desplazadas en fase un tercer período. Dado que la velocidad rotacional del motor depende de la frecuencia de las corrientes, estas corrientes pueden estar provistas de frecuencias variables. Con el fin de proporcionar corrientes de accionamiento con frecuencia arbitrariamente seleccionable, generalmente se utilizan inversores que actúan en los devanados del motor con manipulación por un voltaje de suministro fijo, donde la frecuencia de manipulación de los conmutadores es sustancialmente más alta que la frecuencia rotacional. Cuanto mejor es la aproximación a una forma sinusoidal de la corriente de suministro por dicho inversor, más alta es la frecuencia requerida de los procesos de conmutación en los conmutadores del inversor. La pérdida de potencia de los conmutadores aumenta con la frecuencia de conmutación. Por lo tanto, una frecuencia de conmutación demasiado alta puede dar lugar a sobrecalentamiento y destrucción de los conmutadores. La eficiencia alcanzable del motor es un compromiso entre el deseo de corrientes de suministro sinusoidales para los devanados del motor, por una parte, y la necesidad de una frecuencia de conmutación baja y bajas pérdidas correspondientes en el inversor, por la otra.

Un método de control de accionamiento ampliado usa seis estados de conmutación periódicamente alternos cada uno de un sexto de período de duración, en los que cada devanado está respectivamente sin corriente durante un estado, posteriormente pasa corriente a su través en una primera dirección durante dos estados, posteriormente está de nuevo sin corriente durante un estado y finalmente a su través fluye corriente de signo contrario durante otros dos estados y las corrientes de los tres devanados son desplazadas en fase respectivamente un tercer período. De hecho, esta disposición es simple de controlar, pero de los tres devanados del motor uno está constantemente sin corriente, de modo que no contribuye al par de salida del motor. El devanado y las densidades de corriente que fluyen en él se tienen que diseñar así de manera que dos devanados por los que fluye corriente sean suficientes para suministrar un nivel requerido de par. Un método de control de accionamiento por el que en cualquier momento a través de los tres devanados podría fluir corriente, permitiría reducir, para el mismo par, el número de devanados y por ello no solamente ahorrar costos, peso y tamaño, sino también reducir las pérdidas resistivas y mejorar la eficiencia.

La tarea de la invención es crear dicho método de control de accionamiento mejorado.

La tarea se logra con un método para el control del accionamiento del motor trifásico de corriente continua en el que tres primeros estados de conmutación se repiten cíclicamente, donde en cada uno de los tres primeros estados de conmutación una fase respectiva de las tres fases es conmutada periódicamente entre un primero y un segundo voltaje de entrada, mientras que las otras dos fases están conectadas de forma continua con el primer voltaje de entrada. Mientras una fase está conectada con el segundo voltaje de entrada, una corriente fluye cada vez en serie a través de esta fase y las otras dos fases están en paralelo una con otra de modo que las tres fases conduzcan corriente y contribuyen al par del motor.

Se logra un funcionamiento suave del motor si entre dos primeros estados de conmutación se introduce un respectivo estado de conmutación adicional en el que una de las tres fases es conmutada periódicamente entre el primer y el segundo voltaje de entrada, mientras que las otras dos fases están conectadas de forma continua con el segundo voltaje de entrada. También aquí, si una fase está conectada al primer voltaje de entrada, a través de las tres fases fluye corriente.

Se obtiene un indicador de fase de funcionamiento concéntrico y continuo si en cada segundo estado de conmutación no hay conmutación periódica de la fase que es conmutada periódicamente ni en el primer estado de conmutación precedente ni en el siguiente.

Además, para una salida uniforme del motor es deseable que la proporción del tiempo, en el que en cada primer estado de conmutación la respectiva fase de conmutación periódica está conectada con un segundo voltaje de entrada, durante este primer estado de conmutación sea igual a la proporción del tiempo, en el que la fase de conmutación periódica está conectada con el primer voltaje de entrada, durante cada segundo estado de conmutación.

Esta proporción de tiempo en cada primer y/o segundo estado de conmutación es regulada ventajosamente de manera que sea proporcional a una carga del motor de corriente continua.

Si para el control del accionamiento del motor de corriente continua se utiliza un inversor que tiene para cada fase del motor un primer interruptor dispuesto entre un terminal que conduce el primer voltaje de entrada y la fase relevante del motor y un segundo interruptor dispuesto entre la fase relevante del motor y un segundo terminal que conduce el segundo voltaje de entrada, entonces en cada primer estado de conmutación el primer interruptor de la fase de conmutación periódica puede permanecer abierto mientras que el segundo interruptor de esta fase se conmuta periódicamente. Así, no se producen pérdidas por conmutación en el primer interruptor. Correspondientemente, en cada segundo estado de conmutación el segundo interruptor de la fase de conmutación periódica puede permanecer abierto, mientras que el primer interruptor de esta fase es conmutado periódicamente.

Un inversor según la invención está equipado con un circuito de control para el control del accionamiento de sus conmutadores según un método como el definido anteriormente.

Otras características y ventajas de la invención son evidentes por la descripción siguiente de ejemplos de realización con referencia a las figuras acompañantes, en las que:

La figura 1 representa un diagrama de bloques de un rectificador con el que se puede realizar la presente invención.

La figura 2 representa un diagrama de tiempo que aclara los estados de los conmutadores del inversor así como los voltajes y las direcciones del flujo de corriente en las fases del motor para los diferentes estados del método según la invención.

Y la figura 3 representa el transcurso de tiempo simulado de la señal de corriente de una fase de un motor eléctrico controlado al accionar según la invención.

El inversor representado en la figura 1 incluye seis conmutadores SU1, SV1, SW1, SU2, SV2, SW2, de los que en cada ejemplo los conmutadores SU1, SV1, SW1 están dispuestos entre un terminal de suministro positivo (+) y una fase U, V o W de un motor trifásico sin escobillas de corriente continua M, y los conmutadores SU2, SV2, SW2 están dispuestos en cada caso entre una de estas tres fases y un terminal de suministro negativo (-). Estos conmutadores pueden ser, como es sabido, IGBTs con un diodo libre conectado en paralelo.

Un circuito de control C genera secuencias de control de accionamiento para abrir y cerrar los conmutadores SU1 a SW2 en dependencia de dos señales de entrada, que denotan una frecuencia rotacional deseada del campo magnético en el motor de corriente continua M o una salida deseada del motor.

El circuito de control C repite cíclicamente una secuencia de seis estados de conmutación. En el primer estado de conmutación, denotado por a en la figura 2, los conmutadores SU1, SW2 conectados con el terminal positivo están cerrados, y los respectivos conmutadores complementarios SU2, SW2 están abiertos, de modo que el potencial de suministro positivo es aplicado a las fases U, W. El interruptor SV1 está igualmente abierto y el interruptor SV2 se abre y cierra en alternación, donde la proporción \alpha del tiempo en que el interruptor SV2 está cerrado durante el primer estado de conmutación a del circuito de control C seleccionado es proporcional a la salida ampliada del motor M. Como muestran las flechas en la ilustración esquemática del motor en el estado a, fluye corriente, por una parte, a través de las fases U, V y W, V del motor. Las tres fases contribuyen así al indicador de fase U del campo magnético, donde las contribuciones de las fases U, V son superpuestas en una contribución paralela a la de la fase V.

En el estado de conmutación b posterior el interruptor SU1 es cerrado por la relación de manipulación, los conmutadores SV2 y SW2 están cerrados y los conmutadores SU2, SV1, SW1 están abiertos. Las fases V, W están en el voltaje de suministro bajo y la fase U acepta el potencial de suministro alto en la relación de manipulación \alpha. El indicador de fase U_{b} gira 60º en dirección hacia la izquierda.

En general, en los estados de conmutación a, c, e en cada ejemplo para dos fases los conmutadores que conectan con el potencial de suministro alto están cerrados y los conmutadores que conectan con el potencial de suministro bajo están abiertos, y en la tercera fase el interruptor que conecta con el potencial de suministro alto está abierto y los que conectan con el potencial de suministro bajo son manipulados. Hay dos posibilidades diferentes para una secuencia de estos tres estados de conmutación a, c y e; corresponden a las dos direcciones rotacionales opuestas del motor. En cada estado de conmutación b, d o f, en cada ejemplo dos de las fases U, V, W, los conmutadores que conectan con el potencial de suministro bajo están cerrados y los que conectan con el potencial de suministro alto están abiertos, y para la tercera fase el interruptor que conecta con el potencial de suministro bajo está abierto y los que conectan con el potencial de suministro alto son manipulados. La fase manipulada, en ese caso la fase respectiva, no es manipulada en el estado de conmutación directamente precedente ni en el directamente siguiente. Así se obtiene una rotación uniforme del indicador de fase de 60º de un estado de conmutación al siguiente.

La figura 3 representa para una fase del motor, por ejemplo la fase U, el resultado de un cálculo de simulación de la corriente de fase como una función de tiempo, ilustrada como la curva IU, juntamente con una señal de control de accionamiento C_{SU1}, y C_{SU2} para los dos conmutadores SU1, SU2, que suministran la fase U, en un ángulo de carga \delta entre la fase de la señal de control de accionamiento c_{SU1}, y la fuerza electromotriz EMK del motor.

Claims (6)

1. Método para el control del accionamiento de un motor trifásico de corriente continua (11) por medio de un inversor, en el que se repite cíclicamente una secuencia de seis estados de conmutación (a, b, c, d, e, f) del inversor, donde un primer terminal de suministro conduce un primer voltaje de entrada (+) y un segundo terminal de suministro conduce un segundo voltaje de entrada (-), donde un primer interruptor respectivo (SU1, SV1, SW1) del inversor está dispuesto entre cada fase (U, V, W) del motor (11) y el primer terminal de suministro y un segundo interruptor respectivo (SU2, SV2, SW2) del inversor está dispuesto entre cada fase (U, V, W) del motor (11) y el segundo terminal de suministro, donde en cada uno de tres primeros estados de conmutación (a, c, e) para una de las tres fases (U, V, W) del motor de corriente continua (M) el segundo interruptor asociado se abre y cierra periódicamente en alternación y el primer interruptor asociado se abre, mientras que para las otras dos fases el primer interruptor asociado se cierra de forma continua y el segundo interruptor asociado se abre de forma continua, y donde entre dos primeros estados de conmutación (a, c, e) en cada ejemplo está insertado un segundo estado de conmutación (b, d, f) en el que para una de las tres fases (U, V. W) el primer interruptor asociado se abre y cierra periódicamente en alternación y el segundo interruptor asociado se abre, mientras que para las otras dos fases el segundo interruptor asociado se cierra de forma continua y el primer interruptor asociado se abre de forma continua.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque en cada segundo estado de conmutación (b, d, f) de uno de los conmutadores asociados de la fase se abre y cierra periódicamente en alternación, en la que uno de los conmutadores asociados no se abre ni cierra periódicamente en alternación ni en el primer estado de conmutación precedente ni en el siguiente (a, c, e).

3. Método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la proporción (\alpha) del tiempo en el que el segundo interruptor, que se abre y cierra periódicamente en alternación, está cerrado es, durante cada primer estado de conmutación (a, c, e), igual a la proporción de tiempo en que el primer interruptor, que se abre y cierra periódicamente en alternación, está cerrado durante cada segundo estado de conmutación (b, d, f).

4. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en cada segundo estado de conmutación (b, d, f) la proporción (\alpha) del tiempo en que el primer interruptor, que se abre y cierra periódicamente en alternación, está cerrado se regula de manera que sea proporcional a una carga del motor de corriente continua (11).

5. Método según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en cada primer estado de conmutación (a, c, e) la proporción de tiempo en que el segundo interruptor, que se abre y cierra periódicamente en alternación, está cerrado se regula de manera que sea proporcional a una carga del motor de corriente continua (11).

6. Inversor, caracterizado por un circuito de control (C), que se construye para controlar el accionamiento de los conmutadores (SU1, SV1, SW1, SU2, SV2, SW2) del inversor según un método según una de las reivindicaciones precedentes.