ES2882679T3 - Procedimento de operación para una máquina asíncrona con componente de corriente creadora de campo adaptada - Google Patents

Procedimento de operación para una máquina asíncrona con componente de corriente creadora de campo adaptada Download PDF

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Abstract

Procedimiento de operación para una máquina asíncrona, que tiene un estator (1) y un rotor (2), estando colocado en el estator (1) un devanado del estator (3), - en el que un equipo de control (8) controla un convertidor (6) de forma tal que el convertidor (6) conecta el devanado del estator (3) a una red de alimentación (7), con lo que por el devanado del estator (3) fluye una corriente del estator (I), - en el que la corriente del estator (I) tiene una componente de corriente formadora de campo (I1) y una componente de corriente formadora de par (I2), - en el que el equipo de control (8) controla el convertidor (6) de forma tal que durante periodos de carga (11) actúa entre el estator (1) y el rotor (2) un par de giro (M), que al menos temporalmente es superior a un par límite (MM) predeterminado y cuyo máximo es un múltiplo del par límite (MM) predeterminado, - en el que los periodos de carga (11) están separados entre sí mediante periodos de pausa (12), - en el que el equipo de control (8) controla el convertidor (6) durante los períodos de pausa (12) de forma tal que entre el estator (1) y el rotor (2) actúa un par de giro (M), que permanentemente es inferior al par límite (MM) predeterminado, - en el que el equipo de control (8) controla el convertidor (6) al menos al comienzo de los períodos de pausa (12) de forma tal que la componente de corriente formadora de campo (I1) tiene un valor nominal (I10), - en el que el equipo de control (8) controla el convertidor (6) durante los periodos de carga (11) de forma tal que la componente de corriente formadora de campo (I1) tiene un valor inferior al valor nominal (I10), - en el que el equipo de control (8) conoce de antemano el momento de comienzo del respectivo periodo de carga (11) siguiente y - en el que el equipo de control (8) aumenta al final del correspondiente periodo de pausa (12) la componente de corriente formadora de campo (I1) hasta un valor final (I11) superior al valor nominal (I10).

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de operación para una máquina asíncrona con componente de corriente creadora de campo adaptada
La presente invención se basa en un procedimiento de operación para una máquina asíncrona, que tiene un estator y un rotor, estando colocado en el estator un devanado del estator,
• en el que un equipo de control controla un convertidor de forma tal que el convertidor conecta el devanado del estator a una red de alimentación, con lo que por el devanado del estator fluye una corriente del estator,
• en el que la corriente del estator tiene una componente de corriente formadora de campo y una componente de corriente formadora de par,
• en el que el equipo de control controla el convertidor de forma tal que durante periodos de carga actúa entre el estator y el rotor un par de giro, que al menos temporalmente es superior a un par límite predeterminado y cuyo máximo es un múltiplo del par límite predeterminado,
• en el que los periodos de carga están separados entre sí mediante periodos de pausa,
• en el que el equipo de control controla el convertidor durante los períodos de pausa de forma tal que entre el estator y el rotor actúa un par de giro, que permanentemente es inferior al par límite predeterminado,
• en el que el equipo de control controla el convertidor al menos al comienzo de los períodos de pausa tal que la componente de corriente formadora de campo tiene un valor nominal.
La presente invención se basa además en un programa de control, que incluye un código de máquina, que puede procesarse mediante un equipo de control para un convertidor que conecta un devanado del estator de una máquina asíncrona a una red de alimentación, provocando el procesamiento del código de máquina mediante el equipo de control que el equipo de control ejecute un tal procedimiento de operación.
La presente invención se basa además en un equipo de control para un convertidor que conecta un devanado del estator de una máquina asíncrona a una red de alimentación, estando programado el equipo de control con un tal programa de control, tal que el mismo ejecuta durante el funcionamiento un tal procedimiento de operación.
La presente invención se basa además en una combinación de una máquina asíncrona y un convertidor,
• en la que la máquina asíncrona tiene un estator y un rotor,
• en la que en el estator está colocado un devanado del estator,
• en la que el rotor tiene una constante de tiempo del rotor definida por una inductividad del rotor y una resistencia del rotor,
• en la que el devanado del estator puede conectarse mediante el convertidor a una red de alimentación, con lo que por el devanado del estator fluye una corriente del estator,
• en la que el convertidor tiene un tal equipo de control.
Las máquinas asíncronas se suelen utilizar como accionamiento motórico. Por ejemplo pueden utilizarse las mismas en máquinas fabriles, como por ejemplo prensas, máquinas de embalaje o cizallas transversales y muchas más similares. Pero también pueden utilizarse las mismas como generadores, ya se trate de un generador en el sentido estricto, que opera permanentemente como generador o ya se trate de funcionar como accionamiento que por breve tiempo trabaja funcionando como generador, pero que normalmente opera como motor.
Para operar la máquina asíncrona se somete el devanado del estator a una regulación orientada al campo, de por sí conocida, con una corriente del estator. La corriente del estator está compuesta por la componente de corriente formadora de campo y la formadora de par, estando decaladas en fase ambas componentes de corriente entre sí en 90° eléctricos. La componente de corriente formadora de campo, denominada frecuentemente también corriente de magnetización, genera en el rotor de la máquina asíncrona un flujo magnético, que interaccionando con la componente de corriente formadora de par genera la fuerza electromotriz. El par de giro que actúa entre el estator y el rotor (= la fuerza electromotriz) es proporcional al producto del flujo magnético por la componente de corriente formadora de par.
Según el estado de la técnica, se mantiene constante por lo general la componente de corriente formadora de campo. Sólo hay una excepción por encima de la velocidad de giro límite. Por encima de la velocidad de giro límite desciende la componente de corriente formadora del campo proporcionalmente a 1/n (con n = velocidad de giro), para que la tensión en las bornas de la máquina asíncrona no sea demasiado grande. Por lo tanto, según el estado de la técnica, para influir sobre la fuerza electromotriz durante el funcionamiento normal (es decir, por debajo de la velocidad de giro límite) se modifica exclusivamente la componente de corriente formadora del par. La componente de la corriente formadora de par sólo se modifica cuando ello es forzosamente necesario, debido a que se sobrepasa la velocidad de giro límite.
Debido al decalaje en fase entre ambas componentes de corriente en 90° eléctricos, resulta la corriente del estator como suma geométrica de ambas componentes de corriente:
Aquí designa I la corriente del estator, I1 la componente de corriente formadora de campo e I2 la componente de corriente formadora de par.
La potencia óhmica de pérdidas en el estator de la máquina asíncrona es proporcional al cuadrado de la corriente del estator. Cuando la máquina asíncrona ha de operar con una determinada componente de corriente formadora de campo y además debe cederse un determinado par de giro máximo, debe estar diseñada la máquina asíncrona según el estado de la técnica, por lo tanto, para una corriente del estator I máxima según la ecuación 1. Esta corriente es mayor que cualquiera de ambas componentes de corriente I1, I2. Análogamente debe estar diseñado también el convertidor para una corriente del estator I máxima según la ecuación 1.
En muchos casos se opera la máquina asíncrona tal que la misma debe aportar brevemente (es decir, durante los periodos de carga) un elevado par de giro. Ejemplos de ello son el funcionamiento de una prensa o la breve aceleración o frenado de un eje. Durante el tiempo restante (es decir, durante los periodos de pausa) funciona la máquina asíncrona por el contrario tal que la misma sólo debe aportar un par de giro claramente inferior. No obstante deben diseñarse la máquina asíncrona y el convertidor para las cargas máximas.
Debido a las breves cargas elevadas, oscila además fuertemente la temperatura de funcionamiento de los semiconductores de potencia del convertidor. Estas oscilaciones de temperatura originan un claro acortamiento de la vida útil de los semiconductores.
Para aumentar la fiabilidad del convertidor y de la máquina asíncrona, se dimensionan correspondientemente grandes el convertidor y la máquina asíncrona según el estado de la técnica. Alternativamente es posible para el convertidor ciertamente dimensionar el convertidor más pequeño, pero sustituir el convertidor correspondientemente, en función de un plan de mantenimiento preventivo, a tiempo antes de un fallo que se espere.
Por el documento US 2002/0 030 465 A1 se conoce un procedimiento de operación para un motor de inducción en el que un equipo de control controla un convertidor y mediante el mismo conecta el devanado del estator del motor de inducción a una fuente de alimentación. De esta manera fluye por el devanado del estator una corriente del estator, que a su vez presenta una componente de corriente formadora de campo y una formadora de par. Se capta si un aumento de la carga, es decir, la variación en el tiempo de la carga, sobrepasa un valor predeterminado. Siempre que éste sea el caso, controla el equipo de control el convertidor de forma tal que desciende la componente de corriente formadora de campo. Durante el tiempo restante presenta la componente de corriente formadora de campo un valor nominal.
El objetivo de la presente invención consiste en lograr posibilidades mediante las cuales puedan dimensionarse con menor tamaño el convertidor y la máquina asíncrona, manteniendo la máxima capacidad de potencia.
El objetivo se logra mediante un procedimiento de operación con las características de la reivindicación 1. Ventajosas variantes del procedimiento de operación son objeto de las reivindicaciones dependientes 2 a 9.
De acuerdo con la invención, se configura un procedimiento de operación de la clase citada al principio
- controlando el equipo de control el convertidor durante los periodos de carga tal que la componente de corriente formadora de campo tiene un valor inferior al valor nominal,
- conociendo el equipo de control previamente en cada caso el instante de comienzo del siguiente periodo de carga e
- incrementando el equipo de control al final del respectivo período de pausa la componente de corriente formadora de campo hasta un valor final superior al valor nominal.
La invención se basa primeramente en el conocimiento de que el flujo magnético generado en el rotor de la máquina asíncrona, al descender la componente de corriente formadora de campo, no desciende bruscamente hasta cero, sino que por ejemplo en una desconexión completa de la componente de corriente formadora de campo sólo desciende según la fórmula exponencial
F0 es aquí el flujo magnético en el instante de la desconexión de la componente de corriente formadora de campo, t es el tiempo y T la constante de tiempo del rotor. La constante de tiempo del rotor T resulta entonces de
Figure imgf000004_0001
siendo LR la inductividad del rotor y RR la resistencia del rotor. Durante breve tiempo - por ejemplo la constante de tiempo del rotor, con preferencia la mitad, un tercio o una fracción aún más pequeña de la constante de tiempo del rotor - se mantiene por lo tanto incluso sin componente de corriente formadora de campo un flujo magnético apreciable.
Este “efecto de memoria” puede por lo tanto utilizarse para reducir la componente de corriente formadora de campo y a la vez utilizar la capacidad de transporte de corriente del convertidor que así queda liberada para someter el devanado del estator de la máquina asíncrona a una componente de corriente formadora de par correspondientemente más alta. De esta manera es posible, a igualdad de carga del convertidor y de la máquina asíncrona, lograr por breve tiempo un par de giro superior al que sería posible sin reducir la componente de corriente formadora de campo.
El flujo magnético en el rotor desciende durante los periodos de carga. Durante los periodos de pausa debe recuperarse por lo tanto el mismo de nuevo. Pero esto es posible por lo general sin problemas, ya que por un lado los periodos de pausa son bastante más largos que los periodos de carga y por otro lado el par de giro que actúa entre el estator y el rotor durante los periodos de pausa suele ser relativamente bajo, con lo que también se necesita sólo una componente de corriente formadora de par reducida y en consecuencia la suma geométrica de la componente de corriente formadora de par y de la componente de corriente formadora de campo - entonces más alta - permanece relativamente baja también durante los periodos de pausa.
Mediante el aumento de acuerdo con la invención de la componente de corriente formadora de campo inmediatamente antes del correspondiente período de carga, puede mantenerse, pese al descenso de la componente de corriente formadora de campo durante el periodo de carga, el par de giro que puede ceder la máquina asíncrona brevemente, es decir, durante el correspondiente periodo de carga, a un elevado nivel. El aumento de la componente de corriente formadora de campo puede realizarse por ejemplo durante el último 30 %, 20 %, 10 % o un periodo aún más corto.
Por lo tanto, respecto a la forma de proceder según el estado de la técnica puede no sólo reducirse (y eventualmente incluso eliminarse por completo) mediante la forma de proceder correspondiente a la invención la punta de carga durante los periodos de carga, sino además también uniformizarse en su conjunto la evolución en el tiempo de la amplitud de la corriente del estator. Esto aumenta en una magnitud considerable la vida útil de los semiconductores de potencia del convertidor.
Es posible que el equipo de control controle el convertidor durante los periodos de carga tal que la componente de corriente formadora de campo asuma el valor cero. Pero con preferencia se realiza el control tal que la componente de corriente formadora de campo sea mayor que 0. Por ejemplo puede realizarse el control tal que la componente de corriente formadora de campo se encuentre en una relación predeterminada respecto a la componente de corriente formadora de par, ya que debido a la adición geométrica de las componentes de corriente según la ecuación 1, provoca una componente de corriente formadora de campo de por ejemplo x % de la componente de corriente formadora de par, para una componente porcentual x suficientemente pequeña, en primera aproximación solamente un aumento de la corriente del estator en x2/2 respecto a la componente de corriente formadora de par. Por lo tanto cuando por ejemplo la componente de corriente formadora de campo es de un 20 % de la componente de corriente formadora de par, esto provoca solamente un aumento de la corriente del estator en un 2%. Incluso un mantenimiento de la componente de corriente formadora de campo en un 50 % de la componente de corriente formadora de par, provoca, referido a la componente de corriente formadora de par, solamente un aumento relativamente pequeño de la corriente del estator, que en una primera aproximación es de un 12,5 % y en un cálculo exacto de un 11,8 %.
El descenso del flujo magnético se ralentiza por el contrario claramente cuando se mantiene, incluso reducida, la componente de corriente formadora de campo.
En muchos casos conoce de antemano el equipo de control la duración del correspondiente periodo de carga y el correspondiente par de giro que actúa durante el correspondiente periodo de carga entre el estator y el rotor. En este caso es posible que el equipo de control controle el convertidor de tal forma que la corriente del estator necesaria para alcanzar el correspondiente par de giro durante el correspondiente periodo de carga, tenga un valor mínimo. De esta manera pueden minimizarse las pérdidas por calor en la máquina asíncrona. En muchos casos pueden reducirse además las oscilaciones de la temperatura en el convertidor.
En algunos casos conoce previamente el equipo de control además también la duración del período de pausa que sigue al correspondiente periodo de carga y el correspondiente par de giro que actúa entre el estator y el rotor durante ese periodo de pausa. En este caso es posible que el equipo de control controle el convertidor de tal forma que se minimice una diferencia entre una corriente del estator máxima que se presenta durante el correspondiente periodo de carga y el siguiente periodo de pausa y una corriente del estator mínima que se presenta durante el correspondiente periodo de carga y el siguiente periodo de pausa. De esta manera pueden reducirse más aún las oscilaciones de la temperatura en el convertidor.
Tal como ya se ha mencionado, tiene el rotor una constante de tiempo del rotor definida por una inductividad del rotor y una resistencia del rotor. Los periodos de carga tienen con preferencia duraciones inferiores a la constante de tiempo del rotor, con preferencia inferiores a la mitad de la constante de tiempo del rotor, en particular inferiores a un tercio de la constante de tiempo del rotor. De esta manera queda asegurado que pese a la reducción de la componente de corriente formadora de campo se mantiene en el rotor un flujo magnético apreciable. Los periodos de pausa por el contrario tienen con preferencia duraciones mayores que la constante de tiempo del rotor, con preferencia superiores al doble de la constante de tiempo del rotor, en particular superiores al triple de la constante de tiempo del rotor. De esta manera se logra que durante los periodos de pausa se disponga de suficiente tiempo para restablecer el flujo magnético en el rotor.
Por lo general opera el equipo de control la máquina asíncrona por debajo de su velocidad de giro nominal, es decir, en una gama de velocidades de giro en la que el valor nominal de la componente de corriente formadora de par es independiente de la velocidad de giro del rotor. En este caso puede operar el equipo de control la máquina asíncrona alternativamente con velocidad de giro constante o variable. Cuando excepcionalmente el equipo de control opera la máquina asíncrona por encima de su velocidad de giro nominal, opera el mismo la máquina asíncrona, en el marco del procedimiento de operación de acuerdo con la invención, con preferencia con una velocidad de giro constante.
Al descender la componente de corriente formadora de campo durante los periodos de carga, desciende el flujo magnético, aún cuando a menudo lo hace solo ligeramente y con retardo. Puesto que el par de giro generado es proporcional al producto de la componente de corriente formadora de par por el flujo magnético, debe aumentar así correspondientemente la componente de corriente formadora de par. Para poder ajustar un par de giro deseado con la mayor fiabilidad y exactitud, determina el equipo de control por lo tanto al menos durante los períodos de carga un flujo magnético reinante en el rotor y tiene en cuenta el flujo magnético determinado al determinar la componente de corriente formadora de par.
El objetivo se logra además mediante un programa de control con las características de la reivindicación 8. De acuerdo con la invención, está configurado un programa de control de la clase citada al principio tal que provoca el procesamiento del código de máquina mediante el equipo de control de forma tal que el equipo de control ejecuta un procedimiento de operación de acuerdo con la invención.
El objetivo se logra además mediante un equipo de control con las características de la reivindicación 9. De acuerdo con la invención, está programado el equipo de control con un programa de control de acuerdo con la invención, con lo que el mismo ejecuta durante el funcionamiento un procedimiento de operación de acuerdo con la invención.
El objetivo se logra además mediante una combinación de una máquina asíncrona y un convertidor con las características de la reivindicación 10. De acuerdo con la invención, en una combinación de la clase citada al principio tiene el convertidor un equipo de control de acuerdo con la invención.
Las características, particularidades y ventajas de esta invención antes descritas, así como la forma como se logran las mismas, quedarán más claras y comprensibles en relación con la siguiente descripción de los ejemplos de realización, que se describirán más en detalle en relación con los dibujos. Al respecto muestran en representación esquemática:
Figura 1 una máquina asíncrona, inclusive su conexión a una red de alimentación,
figura 2 un diagrama de intensidades de corriente y
figuras 3 a 8 diagramas de tiempo.
Según la figura 1 tiene una máquina asíncrona un estator 1 y un rotor 2. En el estator 1 está colocado un devanado del estator 3. El rotor 2 está colocado sobre un eje del rotor 4. El eje del rotor 4 está apoyado en cojinetes (no representados), con lo que el rotor 2 puede girar respecto al estator 1 alrededor de un eje de rotación 5. El rotor 2 tiene por su parte una inductividad del rotor LR (unidad eléctrica: henry). El rotor 2 tiene además una resistencia eléctrica RR (unidad eléctrica: ohmio). El cociente entre la inductividad del rotor LR y la resistencia del rotor RR define según la ecuación
Figure imgf000006_0001
una constante de tiempo del rotor T.
La máquina asíncrona lleva asociado un convertidor 6. Mediante el convertidor 6 puede conectarse el devanado del estator 3 a una red de alimentación 7. La red de alimentación 7 es generalmente una red de corriente trifásica. No obstante, en casos individuales puede ser la red de alimentación 7 también una red de corriente alterna (monofásica) o una red de corriente continua. En respuesta a la conexión del devanado del estator 3 a la red de alimentación 7, fluye por el devanado del estator 3 una corriente del estator I. La corriente del estator I depende siempre del tiempo y por lo general es polifásica.
El convertidor 6 se controla mediante un equipo de control 8 asociado al convertidor 6. El equipo de control 8 está programado con un programa de control 9. El programa de control 9 incluye un código de máquina 10, que puede ser procesado por el equipo de control 8. El procesamiento del código de máquina 10 mediante el equipo de control 8 (o bien la programación del equipo de control 8 con el programa de control 9) provoca que el equipo de control 8 ejecute un procedimiento de operación que se describirá a continuación más en detalle.
El control del convertidor 6 mediante el equipo de control 8 provoca, hablando en términos generales, la conexión del devanado del estator 3 a la red de alimentación 7 y así provoca que fluya la corriente del estator I por el devanado del estator 3. La corriente del estator I tiene, según la representación de la figura 2, una componente de corriente formadora de campo I1 y una componente de corriente formadora de par I2. La componente de corriente formadora de campo I1 genera en el rotor 2 de la máquina asíncrona un flujo magnético F. La componente de corriente formadora de par I2 genera, interaccionando con el flujo magnético F, un par de giro M. El par de giro M generado es proporcional al producto de la componente de la corriente formadora de par I2 por el flujo magnético F2.
Ambas componentes de la corriente I1, I2 están según la figura 2 eléctricamente decaladas en fase entre sí en 90°. Ambas se suman por lo tanto según la ecuación
para formar la corriente del estator. En el caso individual, en el que una de ambas componentes de corriente I1, I2 es cero, se corresponde la corriente del estator I con la componente de corriente restante I1, I2.
El control del convertidor 6 mediante el equipo de control 8 como función del tiempo t se realiza según la representación de la figura 3 a menudo de forma tal que el par de giro M entre el estator 1 y el rotor 2 se encuentra durante los periodos de carga 11 - por lo general de forma permanente, pero al menos temporalmente - por encima de un par límite MM predeterminado. En particular el máximo del par de giro M dentro de los períodos de carga 11 es un múltiplo del par límite MM predeterminado. El cociente entre el máximo del par de giro M y el par límite MM predeterminado no tiene que ser entonces necesariamente un número entero. Es decisivo que el cociente sea mayor que 2. A menudo el cociente es incluso mayor que 5 y a veces incluso mayor que 10.
Entre cada dos periodos de carga 11 consecutivos se encuentra un periodo de pausa 12. Los periodos de carga 11 están por lo tanto separados entre sí mediante los periodos de pausa 12. Durante los periodos de pausa 12 controla el equipo de control 8 el convertidor 6 de forma tal que entre el estator 1 y el rotor 2 actúa un par de giro M que se encuentra (permanentemente) por debajo de un par límite MM predeterminado.
Los periodos de carga 11 tienen primeras duraciones T1. Los primeros períodos T1 son con preferencia menores que la constante de tiempo del rotor T. En particular pueden ser los mismos inferiores a la mitad de la constante de tiempo del rotor T, por ejemplo menores que un tercio de la constante de tiempo del rotor T. Las primeras duraciones T1 de los períodos de carga 11 pueden ser también incluso inferiores. Cuanto más cortos sean los primeros períodos T1, tanto en mayor medida existirá un funcionamiento de la máquina asíncrona con forma de impulsos. Las primeras duraciones T1 de los períodos de carga 11 pueden ser de la misma magnitud entre sí.
Los periodos de pausa 12 tienen segundas duraciones T2. Las segundas duraciones T son por el contrario mayores que la constante de tiempo del rotor T. En particular pueden ser las mismas mayores que el doble o triple de la constante de tiempo del rotor T. Los periodos de pausa 12 pueden incluso ser mayores aún. Las segundas duraciones T2 de los periodos de pausa 12 pueden tener la misma magnitud entre sí.
En particular cuando las primeras duraciones T1 sean iguales entre sí (exacta o esencialmente) y también las segundas duraciones T2 sean iguales entre sí (exacta o esencialmente), existe un funcionamiento cíclico o bien periódico de la máquina asíncrona.
Al menos al comienzo de los periodos de pausa 12 - según la representación de la figura 4 incluso durante los periodos de pausa 12 completos - controla el equipo de control 8 el convertidor 6 de forma tal que la componente de corriente formadora de campo I1 tiene un valor nominal I 10.
Durante los periodos de carga 11 debe actuar entre el estator 1 y el rotor 2 un par de giro M correspondientemente alto, según la representación de la figura 3. El equipo de control 8 controla por lo tanto el convertidor 6, según la representación de la figura 5, de forma tal que la componente de corriente formadora de par I2 aumenta claramente. Pero a la vez controla el equipo de control 8, según la representación de la figura 4, el convertidor 6 de forma tal que la componente de corriente I1 formadora de campo tiene un valor inferior al valor nominal I 10.
Cuando la magnitud del valor nominal I10 es inferior a la magnitud de la componente de corriente formadora de par I2 durante el correspondiente periodo de carga 11, es posible que la componente de corriente formadora de campo I1 descienda hasta el valor 0. Alternativamente es posible en este caso que la componente de corriente formadora de campo I1 también sea en este caso mayor que 0. Por ejemplo puede controlar el equipo de control 8 el convertidor 6 durante los periodos de carga 11 de forma tal que la componente de corriente formadora de campo I1 se encuentre en una relación predeterminada con la componente de corriente formadora de par I2, por ejemplo en un 20%, 30% o 50% de la componente de corriente formadora de par I2. Cuando la magnitud del valor nominal I10 es por el contrario mayor que la magnitud de la componente de corriente formadora de par I2 durante el correspondiente periodo de carga 11, desciende la componente de corriente formadora de par I1 con preferencia en tal medida que la corriente del estator I (o su magnitud) permanece constante:
Independientemente de la manera de proceder de entre las citadas que se tome, puede no obstante lograrse, según la representación de la figura 6, que la corriente del estator I determinada de acuerdo con la invención oscile en una medida bastante inferior a la de una corriente del estator I', tal como la que se presentaría según el estado de la técnica.
En función de la situación de cada caso individual, son posibles diversas optimizaciones más a fondo del principio antes descrito. Así es por ejemplo posible que el equipo de control 8 conozca de antemano la duración T1 del correspondiente periodo de carga 11 y el par de giro M correspondiente que actúa entre el estator 1 y el rotor 2 durante el correspondiente periodo de carga 11, idealmente la evolución en el tiempo completa, pero al menos el máximo. En ese caso puede controlar el equipo de control 8 el convertidor 6 de tal forma que la corriente del estator I necesaria para alcanzar el correspondiente par de giro M durante el correspondiente periodo de carga 11 tenga un valor mínimo.
Además es posible que el equipo de control 8 determine el flujo magnético F que reina en el rotor 2 y tenga en cuenta el flujo magnético F determinado al determinar la componente de corriente formadora de par I2. En particular, si se conoce la evolución deseada del par de giro M al variar el flujo F, puede hacer el equipo de control 8 correspondientemente un seguimiento de la componente de corriente formadora de par I2, con lo que entre el estator 1 y el rotor 2 actúa realmente en cada instante el par M deseado. Es posible realizar continuamente esa forma de proceder, es decir, tanto durante los periodos de carga 11 como también durante los periodos de pausa 12. Al menos durante los periodos de carga 11 debería tomarse esta medida. Para determinar el flujo magnético F dispone el especialista de diversas formas de proceder. Así es posible por ejemplo modelar la evolución en el tiempo del flujo magnético F en base a la evolución en el tiempo de la componente de corriente formadora de campo I1 junto con las magnitudes conocidas de la máquina asíncrona que no varían en el tiempo. Alternativamente es posible medir directamente el flujo magnético F mediante un sensor correspondiente. A su vez es posible alternativamente captar otras magnitudes eléctricas, en particular las tensiones en bornas y/o las corrientes de fase de la máquina asíncrona y a partir de esas magnitudes determinar el flujo magnético F. En el caso ideal, conoce de antemano el equipo de control 8 (al menos aproximadamente) también la duración T2 del periodo de pausa 12 que sigue al correspondiente periodo de carga 11 y el par de giro M correspondiente que actúa durante este periodo de pausa 12 entre el estator 1 y el rotor 2. En este caso puede controlar el equipo de control 8 el convertidor 6 de tal forma que se minimice una diferencia entre una corriente máxima del estator I que se presenta durante el correspondiente periodo de carga 11 y el siguiente periodo de pausa 12 y una corriente mínima del estator I que se presenta durante el correspondiente periodo de carga 11 y el siguiente periodo de pausa 12. En otras palabras, se considera un “periodo” compuesto por un periodo de carga 11 y el siguiente periodo de pausa 12. Durante ese periodo tiene en algún momento la corriente del estator I un valor máximo y en algún otro momento un valor mínimo. Se intenta reducir la diferencia entre el valor máximo y el valor mínimo tanto como sea posible, tal que se minimice la horquilla. Un ejemplo concreto de esta forma de proceder es la determinación antes descrita según la fórmula 6. Además es posible que el equipo de control 8 conozca de antemano el momento del respectivo comienzo del siguiente periodo de carga 11. En ese caso, según la representación de la figura 7, el equipo de control 8 puede aumentar al final del del correspondiente periodo de pausa 11 la componente de corriente formadora de campo I1 hasta un valor final I11 por encima del valor nominal I10.
Por lo general - véase en la figura 8 la mitad izquierda de la representación - opera el equipo de control 8 la máquina asíncrona en una gama de velocidades de giro en la que el valor nominal I10 es independiente de la velocidad de giro n del rotor 2. En este funcionamiento - el funcionamiento por debajo de la velocidad nominal de giro - el valor nominal I10 es constante. Esto es así independientemente de si la velocidad de giro n del rotor 8 oscila o es constante. Alternativamente - véase en la figura 8 la mitad derecha de la representación - puede operar el equipo de control 8 la máquina asíncrona por encima de la velocidad de giro nominal, es decir, en la zona de debilitación del campo. En este caso ópera el equipo de control 8 la máquina asíncrona con velocidad de giro n constante.
La presente invención tiene muchas ventajas. En particular la máquina asíncrona, inclusive el convertidor 6 y el equipo de control 8 son más pequeños a igualdad de capacidad de potencia y por lo tanto pueden realizarse más económicamente que según el estado de la técnica. Además tiene el convertidor 6 una mayor vida útil, a menudo bastante mayor.
Aún cuando la invención se ha ilustrado y descrito más en detalle mediante el ejemplo de realización preferido, no queda la invención limitada por los ejemplos dados a conocer y el alcance de la invención viene definido por las reivindicaciones.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de operación para una máquina asíncrona, que tiene un estator (1) y un rotor (2), estando colocado en el estator (1) un devanado del estator (3),
• en el que un equipo de control (8) controla un convertidor (6) de forma tal que el convertidor (6) conecta el devanado del estator (3) a una red de alimentación (7), con lo que por el devanado del estator (3) fluye una corriente del estator (I),
• en el que la corriente del estator (I) tiene una componente de corriente formadora de campo (I1) y una componente de corriente formadora de par (I2),
• en el que el equipo de control (8) controla el convertidor (6) de forma tal que durante periodos de carga (11) actúa entre el estator (1) y el rotor (2) un par de giro (M), que al menos temporalmente es superior a un par límite (MM) predeterminado y cuyo máximo es un múltiplo del par límite (MM) predeterminado,
• en el que los periodos de carga (11) están separados entre sí mediante periodos de pausa (12), • en el que el equipo de control (8) controla el convertidor (6) durante los períodos de pausa (12) de forma tal que entre el estator (1) y el rotor (2) actúa un par de giro (M), que permanentemente es inferior al par límite (MM) predeterminado,
• en el que el equipo de control (8) controla el convertidor (6) al menos al comienzo de los períodos de pausa (12) de forma tal que la componente de corriente formadora de campo (I1) tiene un valor nominal (I10),
• en el que el equipo de control (8) controla el convertidor (6) durante los periodos de carga (11) de forma tal que la componente de corriente formadora de campo (I1) tiene un valor inferior al valor nominal (I10),
• en el que el equipo de control (8) conoce de antemano el momento de comienzo del respectivo periodo de carga (11) siguiente y
• en el que el equipo de control (8) aumenta al final del correspondiente periodo de pausa (12) la componente de corriente formadora de campo (I1) hasta un valor final (I11) superior al valor nominal (I10).
2. Procedimiento de operación de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el equipo de control (8) controla el convertidor (6) durante los periodos de carga (11) tal que la componente de corriente formadora de campo (I1) es mayor que 0.
3. Procedimiento de operación de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque el equipo de control (8) controla el convertidor (6) durante los periodos de carga (11) tal que la componente de corriente formadora de campo (I1) se encuentra en una relación predeterminada respecto a la componente de corriente formadora de par (I2).
4. Procedimiento de operación de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el rotor (2) tiene una constante de tiempo del rotor (T) definida por una inductividad de rotor (LR) correspondiente al rotor (2) y una resistencia de rotor (RR) correspondiente al rotor (2) y porque los periodos de carga (11) tienen duraciones (T1) inferiores a la constante de tiempo del rotor (T), con preferencia inferiores a la mitad de la constante de tiempo del rotor (T), en particular inferiores a un tercio de la constante de tiempo del rotor (T).
5. Procedimiento de operación de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el rotor (2) tiene una constante de tiempo del rotor (T) definida por una inductividad de rotor (LR) correspondiente al rotor (2) y una resistencia de rotor (RR) correspondiente al rotor (2) y porque los periodos de pausa (12) tienen duraciones (T2) superiores a la constante de tiempo del rotor (T), con preferencia superiores al doble de la constante de tiempo del rotor (T), en particular superiores al triple de la constante de tiempo del rotor (T).
6. Procedimiento de operación de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el equipo de control (8) opera la máquina asíncrona en una gama de velocidades de giro en la que el valor nominal (I10) es independiente de la velocidad de giro (n) del rotor (2) y/o porque el equipo de control (8) opera la máquina asíncrona con velocidad de giro (n) constante.
7. Procedimiento de operación de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el equipo de control (8) determina al menos durante los períodos de carga (11) un flujo magnético (F) reinante en el rotor (2) y porque el equipo de control (8) tiene en cuenta el flujo magnético (F) determinado al determinar la componente de corriente formadora de par (I2).
8. Programa de control, que incluye un código de máquina (10), que puede procesarse mediante un equipo de control (8) para un convertidor (6) que conecta un devanado del estator (3) de una máquina asíncrona a una red de alimentación (7), provocando el procesamiento del código de máquina (10) mediante el equipo de control (8) que el equipo de control (8) ejecute un procedimiento de operación de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.
9. Equipo de control para un convertidor (6) que conecta un devanado del estator (3) de una máquina asíncrona a una red de alimentación (7), estando configurado el equipo de control con un programa de control (9) de acuerdo con la reivindicación 8, tal que el mismo ejecuta durante el funcionamiento un procedimiento de operación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7.
10. Combinación de una máquina asíncrona y un convertidor (6),
• en la que la máquina asíncrona tiene un estator (1) y un rotor (2),
• en la que en el estator (1) está colocado un devanado del estator (3),
• en la que el rotor (2) tiene una constante de tiempo del rotor (T) definida por una inductividad de rotor (Lr ) correspondiente al rotor (2) y una resistencia de rotor (RR) correspondiente al rotor (2), • en la que el devanado del estator (3) puede conectarse mediante el convertidor (6) a una red de alimentación (7), con lo que por el devanado del estator (3) fluye una corriente del estator (I), • en la que el convertidor (6) tiene un equipo de control (8) de acuerdo con la reivindicación 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4677360A (en) * 1986-03-13 1987-06-30 General Electric Company Field weakening induction drive
JP2002095298A (ja) * 2000-09-14 2002-03-29 Toshiba Corp 電動機制御装置
US6965212B1 (en) * 2004-11-30 2005-11-15 Honeywell International Inc. Method and apparatus for field weakening control in an AC motor drive system
ATE544230T1 (de) * 2005-11-14 2012-02-15 Zapi S P A Verfahren zum drehzahlmessen eines induktionsmotors
US7977910B2 (en) * 2007-04-20 2011-07-12 Siemens Industry, Inc. Method of starting a synchronous motor with a brushless DC exciter
US8102140B2 (en) * 2008-05-16 2012-01-24 Schneider Electric USA, Inc. Method and apparatus for estimating induction motor electrical parameters
DE102012107065A1 (de) * 2012-08-02 2014-02-06 Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg Steuerungsvorrichtung für einen Rotorblattverstellantrieb einer Windkraftanlage
CN103023420B (zh) * 2012-12-21 2015-04-22 北京航空航天大学 基于瞬时功率检测和负载辨识的感应电动机协同控制系统
CN106602953B (zh) * 2016-12-16 2018-11-09 浙江大学 基于磁场定向准确性的感应电机转子时间常数的验证方法

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