ES2321579T3 - Motor conmutable electronicamente. - Google Patents
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Abstract
Motor conmutable electrónicamente, cuyos arrollamientos de excitación (L1, L2, L3, L4) pueden ser alimentados con corriente a través de fases finales de semiconductores (T1, T2, T3, T4) desde una unidad electrónica de control (STE-PWM) por medio de señales de control moduladas en la anchura del impulso y en este caso generan en el estator del motor un campo de giro, que desplaza el rotor magnético permanente del motor en movimientos giratorios, de manera que durante el arranque del motor, la unidad de control (STE-PWM) activa, durante una fase de arranque (Ta) predeterminada o predeterminable, las fases finales de semiconductores (T1, T2, T3, T4) en fases de control que se solapan con señales de control PWM, cuya relación de anchura del impulso (PWV) se incrementa desde un mínimo (PWVmin) hasta un máximo (PWVmax) cae de nuevo al mínimo (PWVmin), en el que las zonas de solape de las fases de control en los arrollamientos de excitación (L1, L2, L3, L4) respectivos generan corrientes, que proporcionar una curva de momentos aproximadamente continua, y en el que en la fase de arranque (Ta) a través de la reducción del tiempo de conmutación (Tiempo-K) entre las fases de control sucesivas, se eleva la frecuencia de conmutación (fk) y, por lo tanto, el número de revoluciones del motor, caracterizado porque la frecuencia de conmutación (fk) en la fase de arranque (Ta) se incrementa de forma superproporcional a medida que se incrementa el tiempo y el solape de fases de control consecutivas en el tiempo es menor que la mitad de la duración de las fases de control.
Description
Motor conmutable electrónicamente.
La invención se refiere a un motor conmutable
electrónicamente, cuyos arrollamientos de excitación pueden ser
alimentados con corriente a través de fases finales de
semiconductores de una unidad electrónica de control por medio de
señales de control moduladas en la anchura del impulso y en este
caso generan en el estator del motor un campo de giro, que desplaza
en movimientos giratorios el rotor magnético permanente del
motor.
Tales motores se conocen a partir de los
documentos DE 19721282, US 5 814 957, GB 1 579 121 y US 4 114
073.
En motores conmutables electrónicas es necesario
identificar la posición del rotor magnético permanente con respecto
al estator provisto con arrollamientos de excitación, para que con
la conmutación prevista de los arrollamientos de excitación se
desplace el motor en movimientos giratorios durante el arranque en
el sentido de giro deseado.
Se conocen motores de este tipo con sensores de
posición, con los que se puede reconocer la posición del motor
desconectado. Estos motores requieren no sólo sensores de posición
adicionales, sino que condicionan también un gasto adicional en la
unidad de control PWM.
En motores sin sensores de posición se reconoce
la posición entre rotor y estator a través de la evaluación de
tensiones inducidas en los arrollamientos de excitación. No
obstante, puesto que cuando el motor está parado, no se inducen
tensiones evaluables, no es posible un reconocimiento de la posición
cuando el motor está parado. Por lo tanto, durante el inicio de la
determinación no se asegura un arranque del motor, especialmente no
en el sentido de giro deseado.
Como se muestra en el documento US 5.327.054, se
puede arrancar un motor conmutable electrónicamente sin sensores de
posición también en el sentido de giro correcto, cuando en la fase
de arranque, con la alimentación diferente de corriente de los
arrollamientos de excitación, se establece ya una posición
determinada entre rotor y estator y a continuación se comienza ya
con la alimentación de corriente habitual, En este caso, al
comienzo se alimentan con corriente totalmente al mismo tiempo dos
arrollamientos de excitación y a continuación se lleva a cabo la
alimentación de corriente necesaria para la generación del campo de
giro con el sentido de giro deseado.
Sin embargo, en este caso se ha mostrado que
esta activación en la fase de arranque presupone un momento de
inercia de masas relativamente reducido del rotor, un momento de
retención alto y un sistema fuertemente amortiguado. Este
procedimiento de arranque conocido para motores, que no presentan
estas propiedades, no se puede transferir con éxito.
Por lo tanto, el cometido de la invención es
asegurar en un motor conmutable electrónicamente del tipo
mencionado al principio con momento de inercia de masas grande,
momento de retención pequeño y mala amortiguación también sin
sensores de posición durante la puesta en marcha un arranque en el
sentido de giro deseado.
Este cometido se soluciona por medio de las
características de la reivindicación 1.
En las fases de control, se alimentan con
corriente los arrollamientos de excitación por medio de fases
finales de semiconductores con una frecuencia de conmutación de las
señales de control PWM, de manera que la relación de la anchura de
los impulsos PWV - relación entre la anchura de impulso y la
duración periódica se incrementa desde un mínimo hasta un máximo y
cae entonces de nuevo al mínimo. Puesto que las fases de control de
los arrollamientos de excitación se solapan, se modula también el
par de torsión y a través de la adaptación de las zonas que se
solapan de las fases de control de los arrollamientos de excitación
se puede conseguir en la fase de arranque una curva de los momentos
aproximadamente uniforme en el sentido de giro deseado, que conduce
a un arranque seguro en el sentido de giro correcto. La elevación
del número de revoluciones en la fase de arranque se consigue a
través de la reducción del tiempo de conmutación, lo que se lleva a
cabo continuamente en la fase de arranque. El tiempo de conmutación
depende de los parámetros del motor y se adapta de una manera
correspondiente.
De acuerdo con una configuración, se puede
realizar la modificación de la relación de la anchura del impulso
en las fases de control, de tal manera que la relación de la anchura
del impulso en las fases de control se incrementa desde el valor
"0" hasta el valor "1" y se reduce de nuevo al valor
"0", de manera que la relación de la anchura del impulso está
definida como relación entre la anchura del impulso y la duración
periódica de la señal de control PWM, así como de manera que la
relación de la anchura del impulso se modifica en la fase de
arranque de las fases de control de las señales de control PWM con
el tiempo de forma aproximadamente sinusoidal entre el mínimo y el
máximo.
La fase de arranque puede estar establecida de
acuerdo con una configuración de tal forma que se selecciona como
previsión de tiempo, en la que el motor realiza aproximadamente 10
revoluciones.
De acuerdo con la invención, se consigue un
arranque suave y rápido del motor porque la frecuencia de
conmutación en la fase de arranque se incrementa de una manera
superproporcional a medida que se incrementa el tiempo.
De acuerdo con otra configuración, está previsto
que la amplitud de la relación de la anchura del impulso en la fase
de arranque se incremente de forma continua y para durante el
funcionamiento constante del motor a un valor, que está
predeterminado por un valor teórico alimentado a la unidad de
control, a continuación se puede accionar el motor con diferentes
números de revoluciones en el funcionamiento constante, de manera
que la relación de la anchura del impulso adopta el valor "1"
en el funcionamiento nominal a plena carga.
La adaptación de zonas de solape de las fases de
control consecutivas para la consecución de una curva de momentos
uniforme se facilita porque el solape de fases de control
consecutivas es menor que la mitad de la duración de las fases de
control.
En las fases de control se sincronizan las
señales de control con una frecuencia de conmutación de 20 kHz, por
ejemplo.
A continuación se explica en detalle la
invención con la ayuda de un ejemplo de realización representado en
los dibujos. En este caso:
La figura 1 muestra un motor de 2 tiempos, de 4
impulsos.
La figura 2 muestra esquemáticamente la
activación de los cuatro arrollamientos de excitación del motor
según la figura 1.
La figura 3 muestra la curva de la amplitud de
la relación de la anchura del impulso de las señales de control PWM
en la fase de arranque.
La figura 4 muestra las fases de control
desplazadas en el tiempo para los cuatro arrollamientos de
excitación del motor según la figura 1, y
La figura 5 muestra la curva de la frecuencia de
conmutación en la fase de arranque del motor.
La estructura de un motor de 2 tiempos, de 4
impulsos se representa en la figura 1. En este caso, para la
generación de un campo de giro en el estator para el sentido de giro
indicado por medio de la flecha es necesaria una unidad de control
STE-PWM, como se muestra en la figura 2.
El estator presenta ocho polos, entre los cuales
está dispuesto en cada caso un polo intermedio no arrollado. Los
arrollamientos de excitación L1, L2, L3 y L4 están provistos, como
se puede reconocer a partir de la figura 1, en cada caso con cuatro
arrollamientos parciales, que están distribuidos sobre cuatro polos.
En este caso, se cambia el sentido de giro de un arrollamiento
parcial a otro arrollamiento parcial, y se distribuyen los
arrollamientos sobre polos, entre los cuales está dispuesto en cada
caso un polo ocupado por ellos. A ello hay que añadir que los
arrollamientos de excitación L1 y L3 o bien L2 y L4 detectan los
mismos polos, pero presentan en cada polo, respectivamente,
sentidos de arrollamiento opuestos.
Si se determinan estos arrollamientos de
excitación L1 a L4 de forma sucesiva en el tiempo por la unidad de
control ST-PWM, entonces aparece el campo de giro
deseado en el estator.
Como se muestra en el diagrama según la figura
2, se conectan y desconectan los arrollamientos de excitación L1 a
L4 a través de las fases finales de semiconductores T1, T2, T3 y T4,
es decir, que están conectados con la tensión continua de
alimentación U_{batt}.
Como se indica en la unidad de control
ST-PWM a través de un diagrama, se realiza la
activación durante el arranque del motor con una fase de arranque
Ta, que se extiende durante un tiempo predeterminado o
predeterminable.
En la fase de arranque Ta se incrementa de forma
continua la amplitud de la relación de la anchura del impulso PWV.
La relación de la anchura del impulso PWV indica la relación entre
la anchura del impulso y la duración periódica de la frecuencia de
conmutación de las señales de control PWM y, por lo tanto, la
amplitud se define con PWV/PWM_{max}. Después de la fase de
arranque Ta, la amplitud adopta el valor "1", cuando ésta está
asociada al funcionamiento nominal del motor a plena carga.
Si se predetermina para la unidad de control
STE-PWM un valor teórico st, que está asociado a un
número de revoluciones, entonces el motor puede ser accionado a
través de la adaptación correspondiente de la amplitud de la
relación de la anchura del impulso PWV y/o de la anchura del impulso
en los periodos de conmutación con diferentes números de
revoluciones.
El arranque del motor y la aceleración al número
de revoluciones nominal se aseguran porque a las cuatro fases
finales de semiconductores T1 a T4 están asociadas cuatro fases de
control que se solapan, a las que se alimentan señales de control
PWM, por ejemplo con la frecuencia de conmutación de 20 kHZ. En las
fases de control se modifica la relación de la anchura del impulso
PWV desde un mínimo PWV_{min} hasta un máximo PWV_{max} y cae
de nuevo al mínimo PWV_{min}. El desplazamiento temporal de las
fases de control está identificado como tiempo de conmutación
Tiempo-K y determina la frecuencia de conmutación fk
y, por lo tanto, el número de revoluciones del motor.
Las zonas de solape de las fases de control
están adaptadas entre sí en la relación de la anchura del impulso
PWV de tal manera que en la fase de arranque Ta se consigue siempre
una curva de momentos aproximadamente uniforme. El
tiempo-K se acorta continuamente en la fase de
arranque Ta, como se muestra en la figura 5, para que se acelere el
motor al número de revoluciones mínimo de la marcha constante. En
este caso, la frecuencia de conmutación fk y el número de
revoluciones se incrementan en una medida superproporcional a medida
que se incrementa el tiempo. Para la relación de la anchura del
impulso PWV, el mínimo PWV_{min} puede adoptar el valor "0"
y el máximo PWV_{max} puede adoptar el valor "1". La
transición entre estos valores se puede realizar, por ejemplo, de
forma aproximadamente sinusoidal y debe sintonizarse al tipo de
construcción y a los parámetros del motor, para obtener la curva
uniforme de momentos que es necesaria para el arranque seguro en la
fase de arranque Ta. La fase de arranque Ta se puede establecer a
través de la previsión de un tiempo, en el que el motor puede
realizar un número determinado de revoluciones, por ejemplo 10.
Como se muestra en la figura 4, el solape de
fases de control adyacentes se extiende sobre la mitad de la
duración de las fases de control. Esto significa que con la
reducción del tiempo de conmutación Tiempo-K se
acorta también de una manera correspondiente la duración de las
fases de control. En las fases de control, en general, permanece
inalterada la frecuencia de conmutación, por ejemplo 20 kHZ, de las
señales de control PWM. Se modifica, en general, la anchura del
impulso. La secuencia de las fases de control durante el arranque y
durante el funcionamiento constante se mantiene igual.
La fase de arranque está depositada como
software en un microordenador de la unidad de control
STE-PWM.
Claims (8)
1. Motor conmutable electrónicamente, cuyos
arrollamientos de excitación (L1, L2, L3, L4) pueden ser alimentados
con corriente a través de fases finales de semiconductores (T1, T2,
T3, T4) desde una unidad electrónica de control
(STE-PWM) por medio de señales de control moduladas
en la anchura del impulso y en este caso generan en el estator del
motor un campo de giro, que desplaza el rotor magnético permanente
del motor en movimientos giratorios, de manera que durante el
arranque del motor, la unidad de control (STE-PWM)
activa, durante una fase de arranque (Ta) predeterminada o
predeterminable, las fases finales de semiconductores (T1, T2, T3,
T4) en fases de control que se solapan con señales de control PWM,
cuya relación de anchura del impulso (PWV) se incrementa desde un
mínimo (PWV_{min}) hasta un máximo (PWV_{max}) cae de nuevo al
mínimo (PWV_{min}), en el que las zonas de solape de las fases
de control en los arrollamientos de excitación (L1, L2, L3, L4)
respectivos generan corrientes, que proporcionar una curva de
momentos aproximadamente continua, y en el que en la fase de
arranque (Ta) a través de la reducción del tiempo de conmutación
(Tiempo-K) entre las fases de control sucesivas, se
eleva la frecuencia de conmutación (fk) y, por lo tanto, el número
de revoluciones del motor, caracterizado porque la
frecuencia de conmutación (fk) en la fase de arranque (Ta) se
incrementa de forma superproporcional a medida que se incrementa el
tiempo y el solape de fases de control consecutivas en el tiempo es
menor que la mitad de la duración de las fases de control.
2. Motor conmutable electrónicamente de acuerdo
con la reivindicación 1, caracterizado porque la relación de
la anchura del impulso (PWV) en las fases de control se incrementa
desde el valor "0" hasta el valor "1" y se reduce de
nuevo al valor "0", en el que la relación de la anchura del
impulso (PWV) se define como relación de la anchura del impulso con
respecto a la duración periódica de la señal de control PWM.
3. Motor conmutable electrónicamente de acuerdo
con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la fase de
arranque (Ta) está seleccionada como previsión de tiempo, en la que
el motor realiza aproximadamente 10 revoluciones.
4. Motor conmutable electrónicamente de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
la amplitud de la relación de la anchura del impulso (PWV) en la
fase de arranque (Ta) se incrementa continuamente y pasa en el
funcionamiento continuo del motor a un valor, que está
predeterminado por un valor teórico (st) alimentado a la unidad de
control (figura 3).
5. Motor conmutable electrónicamente de acuerdo
con la reivindicación 4, caracterizado porque en la zona
nominal a plena carga, la relación de la anchura del impulso (PWV)
de las señales de control adopta el valor "1".
6. Motor conmutable electrónicamente de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque
la relación de la anchura del impulso (PWV) en la fase de arranque
(Ta) de las fases de control de las señales de control PWN se
modifica sobre el tiempo (Z) de forma aproximadamente sinusoidal
entre el mínimo (PWV_{min}) y el máximo (PWV_{max}).
7. Motor conmutable electrónicamente de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque
las señales de control PWM presentan una frecuencia de conmutación
de 20 kHz.
8. Motor conmutable electrónicamente de acuerdo
con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque
la fase de arranque (Ta) con las fases de control está depositada
como software en un microordenador de la unidad de control
(STE-PWM).
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