ES2562929T3 - Procedimiento para estimar un valor de una resistencia de frenado empleada en un convertidor de potencia - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para estimar un valor de una resistencia (Rf) de frenado empleada en un convertidor de potencia conectado a un motor (M) eléctrico, constando dicho convertidor de potencia: - de un bus continuo de alimentación que comprende una primera línea (L1) de alimentación y una segunda línea (L2) de alimentación; - de un condensador (Cbus) de bus conectado a la primera línea de alimentación y a la segunda línea de alimentación; - de un módulo (INV) ondulador conectado al bus continuo de alimentación y al motor (M) eléctrico; - de una célula (CelF) de frenado conectada a la primera línea (L1) de alimentación y a la segunda línea (L2) de alimentación y que consta de un elemento (Sw) - de conmutación, de un diodo (D) conectado en serie con el elemento de conmutación y de la resistencia (Rf) de frenado conectada en paralelo a dicho diodo, estando dicho procedimiento caracterizado porque se implementa durante el frenado del motor (M) eléctrico y porque consiste en: - determinar el valor de la capacidad (C) del condensador de bus cuando el elemento de conmutación está en un estado abierto; - determinar el valor (R) de la resistencia (Rf) de frenado a partir del valor de la capacidad (C) del condensador de bus, de la tensión (Vbus) del bus continuo de alimentación y de la corriente (Im) generada por el motor eléctrico durante el frenado cuando el elemento de conmutación está en un estado cerrado.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento para estimar un valor de
Campo tecnico de la invencion
La presente invencion se refiere a un frenado empleada en un convertidor de
Estado de la tecnica
De manera conocida, un convertidor de potencia, destinado a controlar un motor electrico, consta:
- de un bus continuo de alimentacion que consta de dos lmeas de alimentacion entre las cuales se aplica una tension continua;
- de un condensador de bus conectado a las dos lmeas de alimentacion y encargado de mantener la tension continua del bus en un valor constante;
- de un modulo ondulador conectado por tres fases de salida al motor electrico y controlado por unas senales de control generadas por una unidad de control.
El convertidor de potencia tambien puede constar de un modulo rectificador situado en la entrada y destinado a convertir una tension alterna suministrada por una red de distribucion electrica en una tension continua que se aplica en el bus.
Durante el frenado, el motor electrico genera energfa electrica que se devuelve al convertidor de potencia. Si el modulo rectificador es reversible, esta energfa de frenado se puede devolver a la red de distribucion electrica. Por el contrario, si el modulo rectificador no es reversible, por ejemplo esta compuesto por un puente de diodos, la energfa electrica generada durante el frenado del motor no se puede devolver a la red y se disipa, por ejemplo, en una resistencia llamada resistencia de frenado. La resistencia de frenado esta incluida en una celula de frenado integrada en el convertidor de potencia o conectada a este. Esta celula de frenado esta conectada a la primera lmea de alimentacion y a la segunda lmea de alimentacion del bus, y esta situada entre el condensador de bus y el modulo ondulador. Esta consta de un elemento de conmutacion, de un diodo conectado en serie con el elemento de conmutacion y dicha resistencia de frenado, que esta conectada en paralelo al diodo.
Dicho convertidor de potencia se describe en el documento EP 2106016.
Un procedimiento de estimacion del valor de una resistencia de frenado de un convertidor de potencia se describe en el documento EP 1818207.
En una celula de frenado, la resistencia de frenado debe presentar un valor mmimo con el fin de garantizar la integridad del elemento de conmutacion y del diodo durante un frenado. Si este valor mmimo no se respeta, el elemento de conmutacion y el diodo pueden verse danados, al no estar previsto ningun sistema para protegerlos.
El objetivo de la invencion es proponer un procedimiento que permite estimar el valor de la resistencia de frenado que se emplea en la celula de frenado, con el fin de poder compararla con la resistencia minima permitida por el fabricante.
Descripcion de la invencion
Este objetivo se consigue mediante un procedimiento para estimar un valor de una resistencia de frenado empleada en un convertidor de potencia conectado a un motor electrico, constando dicho convertidor de potencia:
- de un bus continuo de alimentacion que comprende una primera lmea de alimentacion y una segunda lmea de alimentacion;
- de un condensador de bus conectado a la primera lmea de alimentacion y a la segunda lmea de alimentacion;
- de un modulo ondulador conectado al bus continuo de alimentacion y al motor electrico;
- de una celula de frenado conectada a la primera lmea de alimentacion y a la segunda lmea de alimentacion y que consta de un elemento de conmutacion, de un diodo conectado en serie con el elemento de conmutacion y de la resistencia de frenado conectada en paralelo a dicho diodo,
caracterizandose dicho procedimiento porque este se implementa durante el frenado del motor electrico y porque consiste en:
- determinar el valor de la capacidad del condensador de bus cuando el elemento de conmutacion esta en un estado abierto;
- determinar el valor de la resistencia de frenado a partir del valor de la capacidad del condensador de bus, de la tension del bus continuo de alimentacion y de la corriente generada por el motor electrico durante el frenado
una resistencia de frenado empleada en un convertidor de potencia
procedimiento y a un sistema para estimar un valor de una resistencia de potencia.
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cuando el elemento de conmutacion esta en un estado cerrado.
De acuerdo con una particularidad, el procedimiento consta de una etapa de comparacion entre el valor de la resistencia de frenado determinado y un valor mmimo requerido.
De acuerdo con otra particularidad, si el valor de la resistencia de frenado determinado es inferior al valor mmimo requerido, este consta de una etapa de frenado en rueda libre del motor electrico.
La invencion se refiere a un sistema para estimar un valor de una resistencia de frenado empleada en un convertidor de potencia conectado a un motor electrico, constando dicho convertidor de potencia:
- de un bus continuo de alimentacion que comprende una primera lmea de alimentacion y una segunda lmea de alimentacion;
- de un condensador de bus conectado a la primera lmea de alimentacion y a la segunda lmea de alimentacion;
- de un modulo ondulador conectado al bus continuo de alimentacion y al motor electrico;
- de una celula de frenado, conectada a la primera lmea de alimentacion y a la segunda lmea de alimentacion, y que consta de un elemento de conmutacion, de un diodo conectado en serie con el elemento de conmutacion y de la resistencia de frenado conectada en paralelo a dicho diodo,
caracterizandose dicho sistema porque consta de un modulo de estimacion activado durante el frenado del motor electrico, constando dicho modulo de estimacion:
- de unos medios de determinacion del valor de la capacidad del condensador de bus implementado cuando el elemento de conmutacion esta en un estado abierto;
- de unos medios de determinacion del valor de la resistencia de frenado a partir del valor de la capacidad del condensador de bus, de la tension del bus continuo de alimentacion y de la corriente generada por el motor electrico durante el frenado, activados cuando el elemento de conmutacion esta en un estado cerrado.
De acuerdo con una particularidad, el sistema consta de unos medios de comparacion entre el valor determinado de la resistencia de frenado y un valor mmimo requerido.
De acuerdo con otra particularidad, si el valor de la resistencia de frenado determinado es inferior al valor mmimo requerido, el sistema esta preparado para activar unos medios de frenado en rueda libre del motor electrico.
Breve descripcion de las figuras
Se van a mostrar otras caractensticas y ventajas en la descripcion detallada que viene a continuacion en referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 representa un esquema de un convertidor de potencia que incluye una celula de frenado;
- la figura 2 representa el esquema equivalente del convertidor de potencia durante una secuencia de frenado;
- la figura 3 ilustra una secuencia de frenado y representa el circuito equivalente para cada etapa de la secuencia;
- la figura 4 representa el algoritmo implementado para estimar el valor de la resistencia de frenado.
Descripcion detallada de al menos una forma de realizacion
En referencia a la figura 1, un convertidor de potencia consta principalmente:
- de un bus continuo de alimentacion que consta de dos lmeas L1, L2 de alimentacion entre las cuales se aplica un tension continua;
- de un condensador Cbus de bus conectado a las dos lmeas L1, L2 de alimentacion y encargado de mantener la tension continua del bus en un valor constante;
- de un modulo INV ondulador conectado por tres fases de salida a un motor M electrico y controlado por unas senales de control generadas por una unidad de control que implementa una ley de control determinada. El modulo INV ondulador consta de varios brazos de conmutacion, por ejemplo un total de tres si el motor M es trifasico. Cada brazo de conmutacion consta de dos transistores de potencia, por ejemplo de tipo IGBT, controlados cada uno mediante un dispositivo de control que recibe unas senales de control de la unidad de control.
La invencion se describe de manera mas precisa para un convertidor de potencia de tipo variador de velocidad. De manera conocida, un variador de velocidad consta, ademas, de un modulo REC rectificador conectado por tres fases de entrada a una red RD de distribucion electrica y destinado a convertir una tension alterna suministrada por la red RD de distribucion electrica en una tension continua aplicada en el bus continuo de alimentacion.
La invencion se aplica de manera mas particular a un convertidor de potencia dotado de un modulo rectificador con
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puente de diodos, y provisto de una celula CelF de frenado empleada para disipar la ene^a generada por el motor M electrico durante el frenado.
De manera conocida, una celula CelF de frenado esta conectada a la primera lmea L1 de alimentation y a la segunda lmea L2 de alimentacion. Esta consta de un elemento Sw de conmutacion y de un diodo D conectado en serie con el elemento Sw de conmutacion, asi como una resistencia Rf de frenado conectada en paralelo a dicho diodo D.
El procedimiento de la invention se implementa, por ejemplo, en la unidad de control que esta incluida en el convertidor de potencia o externa a este. Esta consta de unos medios de tratamiento y de un modulo de estimation ejecutado por los medios de tratamiento para estimar el valor de la resistencia Rf de frenado.
La figura 2 representa el circuito equivalente al de la figura 1 durante el frenado del motor electrico. De este modo, este circuito equivalente consta de una fuente de tension que emite la tension Vbus, del condensador de bus de capacidad C, del elemento Sw de conmutacion, del diodo D, de la resistencia Rf de frenado de valor R y de una fuente de corriente que envia una corriente Im durante el frenado del motor M electrico.
En referencia a la figura 3, entre t0 y t1, el motor M electrico esta en modo receptor y consume la energia electrica que se le envia. La potencia Pmot la suministra el drive al motor M electrico. La tension Vbus se mantiene constante en su valor Vnom nominal. El elemento Sw de conmutacion de la celula CelF de frenado esta por tanto en un estado abierto.
En la figura 3, a partir de t1 se inicia una secuencia de frenado. Durante el frenado del motor electrico, el motor M electrico se convierte en generador y la energia electrica generada durante el frenado se devuelve hacia el convertidor. La potencia Pmot lo suministra el motor M electrico al drive.
Entre t1 y t2, al estar el elemento Sw de conmutacion en su estado abierto, la tension Vbus del bus continuo de alimentacion aumenta hasta un valor Vbus_max maximo. El esquema equivalente a esta configuration consta del condensador de bus de capacidad C y de la fuente de corriente que envia la corriente Im.
Entre t2 y t3, el elemento Sw de conmutacion esta controlado en el estado cerrado con el fin de disipar la energia de frenado en la resistencia Rf de frenado y de este modo conducir la tension Vbus del bus continuo de alimentacion a un valor aceptable, por ejemplo su valor Vnom nominal. El esquema equivalente a esta configuracion consta, de este modo, del condensador de bus de capacidad C, de la resistencia de frenado de valor R conectada en paralelo al condensador Cbus de bus y la fuente Im de corriente.
Esta secuencia de frenado se repite varias veces, hasta la disipacion completa de toda la energia de frenado en la resistencia de frenado.
Esta secuencia de frenado permite comprender mejor el procedimiento de estimacion de la resistencia de frenado de la invencion.
En referencia a la figura 4, el procedimiento se implementa durante el frenado del motor M electrico, es decir cuando el motor M electrico suministra la potencia Pmot al drive.
De acuerdo con este procedimiento, en una primera etapa E1, el modulo de estimacion implementa unos medios de determination del estado del elemento Sw de conmutacion.
Si el elemento Sw de conmutacion esta en su estado abierto, en una etapa E2, el modulo de estimacion implementa unos medios de determinacion del valor de la capacidad C del condensador Cbus de bus. Como se representa en la figura 3, cuando el elemento Sw de conmutacion esta en su estado abierto, el esquema equivalente del circuito consta del condensador de bus de capacidad C y de la fuente Im de corriente. De este modo, se puede determinar el valor de la capacidad C del condensador de bus aplicando las siguientes expresiones:
lc(t) = lm(t)
en las que:
- C representa la capacidad del condensador de bus;
- Ic representa la corriente que atraviesa el condensador de bus;
- Vbus representa la tension del bus continuo de alimentacion inicial y en el instante t;
- Im representa la corriente generada por el motor electrico durante el frenado.
Una vez calculado el valor de la capacidad C, esta se memoriza en unos medios de memorization de la unidad de control.
El modulo de estimation vuelve de nuevo a la primera etapa para supervisar el estado de elemento Sw de conmutacion.
5 Si el elemento Sw de conmutacion esta en su estado cerrado, el modulo de estimacion verifica, en una etapa E3, si ya se ha calculado el valor de la capacidad C.
Si no se ha calculado el valor de la capacidad C, el modulo de estimacion vuelve de nuevo a la primera etapa E1 y espera que el elemento Sw de conmutacion pase al estado abierto para calcular el valor de la capacidad C, como se ha descrito con anterioridad.
10 Si ya se ha calculado el valor de la capacidad C, el modulo de estimacion puede, en una etapa E4, deducir de este el valor R de la resistencia Rf de frenado.
El valor R de la resistencia Rf de frenado se determina a partir de las siguientes relaciones:
dVbus(t) , Vbus(t) _ lm(t) dt x C
_________Vbus(t)_______
dt
x = R * C
15 t representa la constante de tiempo del filtro RC.
Una vez determinado el valor R de la resistencia de frenado, el modulo de estimacion tiene que, en una etapa E5, compararlo con el valor de la resistencia Rmfn minima requerida y memorizada previamente. Si la resistencia Rf de frenado presenta un valor superior al de la resistencia Rmfn minima requerida, el frenado puede proseguir, al evitarse cualquier posible dano. Por el contrario, si la resistencia Rf de frenado presenta un valor R inferior al de la 20 resistencia Rmfn minima requerida, la secuencia de frenado se detiene. El convertidor de potencia se bloquea y se deja por tanto al motor en rueda libre hasta su detention total.
Claims (6)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Procedimiento para estimar un valor de una resistencia (Rf) de frenado empleada en un convertidor de potencia conectado a un motor (M) electrico, constando dicho convertidor de potencia:- de un bus continuo de alimentacion que comprende una primera lmea (L1) de alimentacion y una segunda lmea (L2) de alimentacion;- de un condensador (Cbus) de bus conectado a la primera lmea de alimentacion y a la segunda lmea de alimentacion;- de un modulo (INV) ondulador conectado al bus continuo de alimentacion y al motor (M) electrico;- de una celula (CelF) de frenado conectada a la primera lmea (L1) de alimentacion y a la segunda lmea (L2) de alimentacion y que consta de un elemento (Sw)- de conmutacion, de un diodo (D) conectado en serie con el elemento de conmutacion y de la resistencia (Rf) de frenado conectada en paralelo a dicho diodo,estando dicho procedimiento caracterizado porque se implementa durante el frenado del motor (M) electrico y porque consiste en:- determinar el valor de la capacidad (C) del condensador de bus cuando el elemento de conmutacion esta en un estado abierto;- determinar el valor (R) de la resistencia (Rf) de frenado a partir del valor de la capacidad (C) del condensador de bus, de la tension (Vbus) del bus continuo de alimentacion y de la corriente (Im) generada por el motor electrico durante el frenado cuando el elemento de conmutacion esta en un estado cerrado.
- 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque consta de una etapa de comparacion entre el valor (R) determinado de la resistencia (Rf) de frenado y un valor (Rmm) mmimo requerido.
- 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado porque, si el valor de la resistencia de frenado determinado es inferior al valor mmimo requerido, este consta de una etapa de frenado en rueda libre del motor electrico.
- 4. Sistema para estimar un valor de una resistencia (Rf) de frenado empleado en un convertidor de potencia conectado a un motor (M) electrico, constando dicho convertidor de potencia:- de un bus continuo de alimentacion que comprende una primera lmea (L1) de alimentacion y una segunda lmea (L2) de alimentacion;- de un condensador (Cbus) de bus conectado a la primera lmea de alimentacion y a la segunda lmea de alimentacion;- de un modulo (INV) ondulador conectado al bus continuo de alimentacion y al motor (M) electrico;- de una celula (CelF) de frenado conectada a la primera lmea (L1) de alimentacion y a la segunda lmea (L2) de alimentacion y que consta de un elemento (Sw) de conmutacion, de un diodo (D) conectado en serie con el elemento de conmutacion y de la resistencia (Rf) de frenado conectada en paralelo a dicho diodo,estando dicho sistema caracterizado porque consta de un modulo de estimacion activado durante el frenado del motor (M) electrico, constando dicho modulo de estimacion:- de unos medios de determinacion del valor de la capacidad (C) del condensador de bus implementado cuando el elemento de conmutacion esta en un estado abierto;- de unos medios de determinacion del valor (R) de la resistencia (Rf) de frenado a partir del valor de la capacidad (C) del condensador de bus, de la tension (Vbus) del bus continuo de alimentacion y de la corriente (Im) generada por el motor electrico durante el frenado, activados cuando el elemento de conmutacion esta en un estado cerrado.
- 5. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado porque consta de unos medios de comparacion entre el valor (R) determinado de la resistencia (Rf) de frenado y un valor (Rmm) mmimo requerido.
- 6. Sistema de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado porque, si el valor de la resistencia de frenado determinado es inferior al valor mmimo requerido, el sistema esta preparado para activar unos medios de frenado en rueda libre del motor electrico.
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