ES2317855T3 - Motor con conmutacion electronica. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para controlar un motor con conmutación electrónica, cuyos devanados excitadores (L1, L2) se activan consecutivamente a través de etapas finales semiconductoras (T1, T2) mediante señales de control (SK1, SK2) con una frecuencia de conmutación, y se conectan a una tensión continua de alimentación (Ubatt) y se desconectan de la misma, en donde las señales de control (SK1, SK2) consecutivas de solapan y en el margen de solape se sincroniza al menos una de las señales de control (SK1, SK2) con modulación en anchura de impulso, de tal modo que la corriente (l1, l2) en los devanados excitadores (L1, L2) aumenta en los flancos ascendentes (Te) y disminuye en los flancos descendentes (Ta), en donde las señales de control (SK1, SK2) se modifican, dependiendo de un valor nominal (Nsoll) prefijable del número de revoluciones o de la potencia del motor, en donde como señales de control (SK1, SK2) se utilizan señales moduladas en anchura de impulso con un valor de funcionamiento (PWVsoll) dependiente del valor nominal (N soll) prefijado, en donde en los flancos ascendentes (Te) de las señales de control (SK1, SK2) se configura la relación de anchura de impulso (PWV) en un número de m etapas, dependiente del valor nominal (Nsoll) o de un valor real (Nist), aumentando desde un valor inicial (PWV0) bajo hasta este valor de funcionamiento (PWVsoll), y en los flancos descendentes (Ta) de las señales de control (SK1, SK2) se lleva a cabo la relación de anchura de impulso (PWV) en un número de n etapas, partiendo de este valor de funcionamiento (PWV soll) y reduciéndose hasta un valor final de desconexión (PWV e), antes de que se haga retroceder la relación de anchura de impulso (PWV) hasta el valor cero, en donde también este número de n etapas se hace depender del valor nominal (Nsoll) o del valor real (Nist), caracterizado porque se prefijan el valor inicial (PWV0) mediante el valor de funcionamiento (PWVsoll), asignado al valor nominal (Nsoll), dividido por el número de m etapas de la relación de anchura de impulso (PWV) en los flancos ascendentes (Te), y el valor final de desconexión (PWVe) mediante el valor de funcionamiento (PWV soll), asignado al valor nominal (Nsoll), dividido por el número de las n etapas de la relación de anchura de impulso (PWV) en los flancos descendentes (Ta).
Description
Motor con conmutación electrónica.
La invención se refiere a un procedimiento para
controlar un motor con conmutación electrónica, cuyos devanados
excitadores se activan consecutivamente a través de etapas finales
semiconductoras mediante señales de control con una frecuencia de
conmutación, y se conectan a una tensión continua de alimentación y
se desconectan de la misma, en donde las señales de control
consecutivas de solapan y en el margen de solape se sincroniza al
menos una de las señales de control con modulación en anchura de
impulso, de tal modo que la corriente en los devanados excitadores
aumenta en los flancos ascendentes y disminuye en los flancos
descendentes y en donde las señales de control se modifican,
dependiendo de un valor nominal prefijable del número de
revoluciones o de la potencia del motor.
Se conoce un procedimiento para controlar un
motor de esta clase del documento DE 39 40 569 C2 y del documento
US-A 5,712,539. Con ello se consiguen con pocas
pérdidas, con un desarrollo prefijado, los flancos de conmutación
ascendentes o descendentes constantemente de las corrientes de fase.
Esta clase de activación de los devanados excitadores tiene además
la ventaja de que mediante la sincronización de las señales de
control en el margen de solape, con una reducida potencia disipada,
se consigue además una reducción de ruidos. La activación duradera
de las fases en las verdaderas fases de conmutación (excepto flanco
ascendente y descendente) conlleva sin embargo unas dificultades
considerables a la hora de utilizar el motor para un mayor margen de
número de revoluciones o potencia.
Como muestra el documento DE 195 00 900 A1,
también se conoce proseguir en el momento de conmutación, además de
con la alimentación con corriente de los tramos de devanado
subsiguientes en la dirección de conmutación, también de los tramos
de devanado precedentes en la dirección de conmutación con un
descenso controlado de las intensidades de corriente. Por medio de
esto se quiere evitar una caída de la corriente total de los tramos
de devanado así como una caída del par de giro en el momento de
conmutación. El tramo de devanado precedente en la dirección de
conmutación se alimenta sin embargo con corriente, modulado en
anchura de impulso, conforme se reduce la relación de anchura de
impulso. No se dice nada sobre la alimentación con corriente de los
siguientes tramos de devanado y el modo y la forma de descenso de
la alimentación con corriente de los tramos de devanado
precedentes, dependiendo de otras magnitudes de funcionamiento.
En el caso de un procedimiento para controlar un
motor con conmutación electrónica, según el documento
US 5,869,946, se generan durante el momento de conmutación señales PWM adicionales y precisamente para todas las fases. Por medio de esto se consigue una forma trapezoidal de la corriente de fase y con ello una potencia total constante.
US 5,869,946, se generan durante el momento de conmutación señales PWM adicionales y precisamente para todas las fases. Por medio de esto se consigue una forma trapezoidal de la corriente de fase y con ello una potencia total constante.
Del documento DE 31 07 623 A1, del documento US
5,767,641 y del documento US 5,780,986 se conoce modificar la
corriente o la tensión para los devanados de un motor de corriente
continua sin escobillas en los flancos ascendentes y descendentes,
en dependencia de la carga actual del motor.
El documento EP 0 831 580 A2 muestra un motor
con conmutación electrónica, en el que las señales de control para
los devanados se configuran como señales moduladas en anchura de
impulso, en donde la relación de anchura de impulso sigue un
desarrollo senoidal. Con ello se pretende reducir el desarrollo de
ruidos. Sin embargo, esto se realiza a costa de la potencia del
motor.
La tarea de la invención consiste en configurar
un procedimiento para controlar un motor con conmutación electrónica
de la clase citada al comienzo, de tal modo que con señales de
control sencillas moduladas en impulso se elimine o al menos se
reduzca mucho la generación de ruidos, en todo el margen de
conmutación y en todo el margen de número de revoluciones o
potencia.
Esta tarea es resuelta según la invención por
medio de que como señales de control se utilizan señales moduladas
en anchura de impulso con un valor de funcionamiento dependiente del
valor nominal prefijado, de que en los flancos ascendentes de las
señales de control se configura la relación de anchura de impulso en
un número de m etapas, dependiente del valor nominal o de un valor
real, aumentando desde un valor inicial bajo hasta este valor de
funcionamiento, y de que en los flancos descendentes de las señales
de control se lleva a cabo la relación de anchura de impulso en un
número de n etapas, partiendo de este valor de funcionamiento y
reduciéndose hasta un valor final de desconexión, antes de que se
haga retroceder la relación de anchura de impulso hasta el valor
cero, en donde también este número de n etapas se elige en
dependencia del valor nominal o del valor real. Con ello se
prefijan el valor inicial mediante el valor de funcionamiento,
asignado al valor nominal, dividido por el número de m etapas de la
relación de anchura de impulso en los flancos ascendentes, y el
valor final de desconexión mediante el valor de funcionamiento,
asignado al valor nominal, dividido por el número de las n etapas
de la relación de anchura de impulso en los flancos
descendentes.
Mediante la adaptación adicional de las señales
de control en los flancos ascendentes y descendentes de las señales
de control al valor nominal prefijado o al valor real disponible,
del número de revoluciones o de la potencia del motor, se consigue
una considerable reducción de ruidos en todo el margen de número de
revoluciones o potencia del motor, sin tener que aumentar
excesivamente la complejidad del control.
Debido a que la relación de anchura de impulso
no se mantiene constante en los flancos ascendentes y/o
descendentes, sino que se modifica en dependencia del valor nominal
y/o del valor real del número de revoluciones o de la potencia, se
consigue una conexión y desconexión suaves de la corriente en todo
el margen de trabajo del motor. Ya no se produce una acción de la
fuerza intensa sobre los polos y devanados excitadores del estator,
de tal modo que el nivel de ruido es siempre bastante menor. Debido
a que la modificación de la relación de anchura de impulso se hace
depender también del valor real del número de revoluciones o de la
potencia del motor, esto es aplicable a todo el margen de número de
revoluciones del motor y la reducción de ruidos se consigue para el
proceso tanto de conexión como de desconexión de la alimentación con
corriente.
Según una configuración está previsto que las m
y n etapas de la relación de anchura de impulso en los flancos
ascendentes y/o descendentes de las señales de control se mantengan
al menos durante un periodo de la frecuencia de sincronización de
las señales PWM. Los flancos ascendentes y/o descendentes de las
señales de control pueden presentar también m y n etapas de
relaciones de anchura de impulso que se modifican, que se extienden
en cada caso por un número mayor de periodos de señales PWM.
Si se ha llevado a cabo una configuración, de
tal modo que a márgenes de número de revoluciones o potencia
prefijados o prefijables del motor se asignan diferentes números m y
n de etapas de la relación de anchura de impulso y que, de forma
correspondiente al valor real del número de revoluciones o de la
potencia del motor, se activa el número m y n de etapas asociado de
la relación de anchura de impulso en los flancos ascendentes y/o en
los flancos descendentes de las señales de control, con el valor
real detectado del número de revoluciones o de la potencia del
motor puede asociarse de inmediato el número m y n de etapas en los
flancos ascendentes y/o descendentes de las señales de control.
Con ello es ventajoso que el diferente número m
y n de etapas con 4, 8, 16, etc. se represente con el número
cardinal 2 y potencias de números enteros 1, 2, 3, etc., para
mantener reducida la complejidad en la unidad de control del
motor.
Para la modificación paso a paso de la relación
de anchura de impulso, el diseño puede ser tal que en las m etapas
de los flancos ascendentes de las señales de control la relación de
anchura de impulso se elija aumentando, de etapa en etapa, en el
valor inicial así como que en las n etapas de los flancos
descendentes de las señales de control la relación de anchura de
impulso se elija reduciéndose paso a paso, de etapa en etapa, en el
valor final de desconexión.
Al contrario que esto, el valor inicial y/o el
valor final de desconexión de la relación de anchura de impulso
también puede ser cero.
Está previsto que las señales de control
moduladas en anchura de impulso controlen por completo la etapa
final semiconductora, con lo que se mantiene reducida la potencia
disipada en las etapas finales semiconductoras.
Si la conmutación es tal que las señales de
control para una etapa final semiconductora con sus flancos
descendentes se solapen con los flancos ascendentes de las señales
de control de la siguiente etapa final semiconductora, al menos
parcialmente, y que también en el margen de solape de las señales de
control puedan fijarse las etapas finales semiconductoras
individual- e independientemente entre sí, también en el margen de
solape las señales de control para las etapas finales
semiconductoras son individuales e independientes.
La invención se explica con más detalle con base
en un ejemplo de ejecución representado en el dibujo. Aquí
muestran:
la figura 1 un esquema de conexiones en bloques
de un motor con conmutación eléctrica con sus unidades
funcionales,
la figura 2 un diagrama de tiempos para el
desarrollo de corriente en los devanados excitadores,
la figura 3 un diagrama de tiempos de señales de
conmutación, que caracterizan el momento de conexión y desconexión
de una señal de control y
la figura 4, en un diagrama de
tensión-tiempo, el desarrollo de señal de control de
las etapas finales semiconductoras durante un flanco
descendente.
En la figura 1 se ha representado, en el esquema
de conexiones en bloques esquemático, la estructura de un motor con
conmutación electrónica con dos devanados excitadores L1 y L2, que
también se designan como fases. Las etapas finales semiconductoras
T1 y T2 unen, con un control completo, los devanados excitadores a
la tensión continua de alimentación U_{batt}. Si no se activan
las etapas finales semiconductoras T1 y T2, los devanados
excitadores L1 y L2 se desconectan de la tensión continua de
alimentación U_{batt}, ya que las etapas finales semiconductoras
T1 y T2 tienen una elevada resistencia, es decir, no son
conductoras. Las etapas finales semiconductoras T1 y T2 se activan
mediante una unidad de control STE electrónica, que se materializa
con un micro-ordenador y tiene varas salidas 1, 2,
que se corresponden con el número de etapas finales semiconductoras
T1 y T2. La forma básica de las corrientes l1 y l2, que se producen
en los devanados excitadores L1 y L2, puede deducirse de la figura
2. Los flancos ascendentes Te y los flancos descendentes Ta de la
corriente en l1 y L2 están aplanados y se extienden por tramos de
tiempo
finitos.
finitos.
Con ello se utilizan las señales de control SK1
y SK2 con una frecuencia de conmutación, consecutivamente, para la
activación repetitiva de las etapas finales semiconductoras T1 y
T2.
El número de etapas finales semiconductoras y el
número de salidas de control de la unidad de control STE se basan
en la clase constructiva del motor y también puede ser superior a
2.
A la unidad de control STE está asignado un
dispositivo de conmutación KE y un generador PWM
PWM-G, que se han dibujado en la figura 1 como
unidades funcionales separadas, pero que están reunidos con la
unidad de control STE como control electrónico del motor. Esta
representación se ha seleccionado para poder explicar mejor el modo
de funcionamiento del control del motor.
Como se muestra con el generador PWM
PWM-G, un valor nominal N_{soll} para el número de
revoluciones o la potencia del motor puede estar prefijado o ser
prefijable y, a través de un dispositivo de prefijación de
sincronización TV, se prefija dependiendo del valor real N_{ist}
del número de revoluciones o de la potencia un número de etapas
para los flancos ascendentes y descendentes Te y Ta de la corriente
l1 y l2 en los devanados excitadores L1 y L2. Con ello se fijan con
preferencia márgenes de número de revoluciones, a los que se asocia
un número determinado de etapas. Los flancos ascendentes Te se
dividen en m etapas y los flancos descendentes Ta en n etapas. Los
números m y n pueden seleccionarse diferentes o iguales, pero se
modifica en dependencia de la señal del dispositivo de prefijación
de sincronización TV, que sí depende del valor nominal N_{ist} y
del margen de número de revoluciones o de potencia asociado al mismo
en el dispositivo de prefijación de sincronización TV.
El dispositivo de conmutación KE envía señales
de conmutación SKE según la figura 3, que marcan con impulsos de
control ska y ske el inicio de las corrientes l1 y l2 y el inicio
del proceso de desconexión de las señales de control.
Con base en la figura 4 se representa en
representación aumentada, durante un flanco descendente Ta, la señal
de control de una etapa final semiconductora.
Debe citarse además que el valor nominal
N_{soll} produce en el generador PWM PWM-G, que
las señales PWm presentan una relación de anchura de impulso
PWV_{soll} asociado de forma correspondiente, que reina durante
el desarrollo constante de las corrientes l1 y l2 y sincroniza las
mismas al ritmo de la frecuencia de sincronización del generador
PWM PWM-G.
Si al inicio del proceso de desconexión la
relación de anchura de impulso PWV_{soll} es por ejemplo de 0,8,
como muestra la figura 4, y el dispositivo de prefijación de
sincronización TV tiene asociado un número n = 4 de etapas con el
valor real N_{ist}, en las cuatro etapas del flanco descendente Ta
se reduce la relación de anchura de impulso partiendo del valor
disponible PWV_{soll} = 0,8 en etapas, que se obtienen mediante
PWV_{soll} dividido por el número n = 4. Esta reducción de la
relación de anchura de impulso se produce después de tal modo, que
las etapas siguientes presentan una relación de anchura de impuso de
0,6, 0,4 y 2,0, como muestran los impulsos de control U1a, U2a,
U3a, Una de la tensión U para la etapa final semiconductora T1
según la figura 4. Con ello la última etapa puede finalizar con PWVe
= 0,2. La relación de anchura de impulso PWVe = 0,2 caracteriza la
última etapa del flanco descendente Ta, y también puede cerrarse con
PWVe = 0. Después del flanco descendente Ta la relación de anchura
de impulso PWVe es después en cada caso "0". El número n de
las etapas de la relación de anchura de impulso PWV y la relación de
anchura de impulso en las etapas son determinados por la unidad de
control STE, enlazando las señales del dispositivo de conmutación KE
según la figura 1, las señales de conmutación SKE según la figura 3
y la prefijación mediante el dispositivo de prefijación de
sincronización TV.
Del mismo modo pueden sincronizarse los flancos
ascendentes Te de las señales de control, en donde el valor nominal
N_{soll} prefijado prefija el valor de funcionamiento PWV_{soll}
a alcanzar para el generador PWM PWM-G, que se
quiere alcanzar al final del flanco ascendente Te. De forma
correspondiente a este valor de funcionamiento, el dispositivo de
prefijación de sincronización TV fija el número m de etapas para la
relación de anchura de impulso PWV en los flancos ascendentes Te.
Los impulsos de control no descienden en el flanco ascendente Te,
sino que aumentan en secuencia inversa de forma correspondiente a la
figura 4, hasta que el impulso de control U1a se corresponde con el
valor de funcionamiento PWV_{soll}. También en los flancos
ascendentes Te puede modificarse el número m de etapas en
dependencia del valor nominal N_{soll} y del valor real
N_{ist}. Los números m y n se eligen con preferencia mediante el
número cardinal 2 con diferentes potencias, por ejemplo 2^{2},
2^{3} y 2^{4} igual a 4, 8 y 16, ya que esto conduce a una
complejidad mínima en el dispositivo de prefijación de
sincronización TV y la unidad de control STE.
Es necesario además llamar la atención sobre que
las señales de control sincronizadas controlan siempre por completo
con sus impulsos de control las etapas finales semiconductoras T1 y
T2, para mantener lo más reducida posible su potencia disipada.
Claims (6)
1. Procedimiento para controlar un motor con
conmutación electrónica, cuyos devanados excitadores (L1, L2) se
activan consecutivamente a través de etapas finales semiconductoras
(T1, T2) mediante señales de control (SK1, SK2) con una frecuencia
de conmutación, y se conectan a una tensión continua de alimentación
(U_{batt}) y se desconectan de la misma, en donde las señales de
control (SK1, SK2) consecutivas de solapan y en el margen de solape
se sincroniza al menos una de las señales de control (SK1, SK2) con
modulación en anchura de impulso, de tal modo que la corriente (l1,
l2) en los devanados excitadores (L1, L2) aumenta en los flancos
ascendentes (Te) y disminuye en los flancos descendentes (Ta), en
donde las señales de control (SK1, SK2) se modifican, dependiendo
de un valor nominal (N_{soll}) prefijable del número de
revoluciones o de la potencia del motor, en donde como señales de
control (SK1, SK2) se utilizan señales moduladas en anchura de
impulso con un valor de funcionamiento (PWV_{soll}) dependiente
del valor nominal (N_{soll}) prefijado, en donde en los flancos
ascendentes (Te) de las señales de control (SK1, SK2) se configura
la relación de anchura de impulso (PWV) en un número de m etapas,
dependiente del valor nominal (N_{soll}) o de un valor real
(N_{ist}), aumentando desde un valor inicial (PWV_{0}) bajo
hasta este valor de funcionamiento (PWV_{soll}), y en los flancos
descendentes (Ta) de las señales de control (SK1, SK2) se lleva a
cabo la relación de anchura de impulso (PWV) en un número de n
etapas, partiendo de este valor de funcionamiento (PWV_{soll}) y
reduciéndose hasta un valor final de desconexión (PWV_{e}), antes
de que se haga retroceder la relación de anchura de impulso (PWV)
hasta el valor cero, en donde también este número de n etapas se
hace depender del valor nominal (N_{soll}) o del valor real
(N_{ist}), caracterizado porque se prefijan el valor
inicial (PWV_{0}) mediante el valor de funcionamiento
(PWV_{soll}), asignado al valor nominal (N_{soll}), dividido por
el número de m etapas de la relación de anchura de impulso (PWV) en
los flancos ascendentes (Te), y el valor final de desconexión (PWVe)
mediante el valor de funcionamiento (PWV_{soll}), asignado al
valor nominal (N_{soll}), dividido por el número de las n etapas
de la relación de anchura de impulso (PWV) en los flancos
descendentes (Ta).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el número de las m y n etapas en los
flancos ascendentes (Te) y los flancos descendentes (Ta) se elige
igual.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque las m y n etapas de la relación de
anchura de impulso (PWV) en los flancos ascendentes (Te) y/o
descendentes (Ta) de las señales de control (SK1, SK2) se mantienen
al menos durante un periodo de la frecuencia de sincronización (ft)
de las señales PWM.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque a márgenes de
número de revoluciones o de potencia prefijados o prefijables del
motor se asocian diferentes números de m y n etapas (m = n = 4, 8 ó
16) de la relación de anchura de impulso (PWV) y porque, de forma
correspondiente al valor real (N_{ist}) del número de revoluciones
o de la potencia del motor, el número asociado de m y n etapas (4, 8
ó 16) de la relación de anchura de impulso (PWV) se hace efectivo
en los flancos ascendentes (Te) y/o los flancos descendentes (Ta)
de las señales de control.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en las m etapas
de los flancos ascendentes (Te) de las señales de control (SK1,
SK2) la relación de anchura de impulso (PWM) se selecciona
aumentando, de etapa en etapa, en el valor inicial (PWV_{0}).
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en las n etapas
de los flancos descendentes (Ta) de las señales de control (SK1,
SK2), la relación de anchura de impulso (PWV) se selecciona
reduciéndose paso a paso, de etapa en etapa, en el valor final de
desconexión (PWVe).
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| DE19951364A DE19951364A1 (de) | 1999-10-26 | 1999-10-26 | Elektronisch kommutierbarer Motor |
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