ES2894604T3 - Dispositivo de conversión de energía - Google Patents

Abstract

Un aparato de conversión de energía que comprende: un circuito convertidor (2) configurado para realizar la rectificación de onda completa de una tensión de alimentación (vin) de una fuente (6) de alimentación de CA; un enlace (3) de CC que incluye un condensador (3a) conectado en paralelo a una salida del circuito convertidor (2) y configurado para generar una tensión de CC pulsante (vcc); un circuito inversor (4) configurado para convertir una salida del enlace (3) de CC en CA mediante conmutación, y para suministrar CA a un motor (7) conectado al mismo; y un controlador (5) configurado para controlar la conmutación de modo que las corrientes (iu, iv e iw) del motor (7) oscilen en sincronización con los impulsos de la tensión de alimentación (vin), caracterizado porque el controlador (5) incluye un generador (51) de referencia de corriente que hace que una referencia de corriente del motor oscile en sincronización con la tensión de la fuente de alimentación; y el generador (51) de referencia de corriente controla la conmutación cuando una carga del motor es menor que un valor predeterminado de acuerdo con una disminución en la carga del motor (7) o un estado operativo del motor (7), y reduce la amplitud de los impulsos de las corrientes (iu, iv e iw).

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de conversión de energía

Campo técnico

La presente divulgación se refiere a aparatos de conversión de energía que convierten la energía de entrada en energía predeterminada mediante conmutación.

Antecedentes de la técnica

Algunos aparatos de conversión de energía, incluidos un circuito convertidor y un circuito inversor, tienen un condensador con una capacitancia relativamente pequeña en un enlace de CC para generar impulsos (una fluctuación) en una tensión de enlace de CC y permitir que la corriente de una carga oscile en sincronización con la tensión del enlace de CC, aumentando así la anchura de conducción de una corriente de entrada para mejorar un factor de potencia. (Véanse, por ejemplo, los DOCUMENTOS DE PATENTE 1 y 2, y el DOCUMENTO NO DE PATENTE 1).

Lista de referencias

Documentos de patente

DOCUMENTO DE PATENTE 1: Publicación de patente japonesa n° 2002-51589

DOCUMENTO DE PATENTE 2: Publicación de patente japonesa n° 2005-130666

Documento no de patente

DOCUMENTO NO DE PATENTE 1: Haga, Saito y Takahashi, CONTROL OF HIGH-POWER FACTOR ELECTROLYTIC CAPACITORLESS INVERTER OF SINGLE-PHASE DIODE RECTIFIER CIRCUIT, Instituto de Ingenieros Eléctricos de Japón, Documentos de la Junta General H15-4-069 (H15, marzo), pág. 99

Compendio de la invención

Problema técnico

Sin embargo, en los ejemplos descritos anteriormente, la corriente de un motor conectado como carga se reduce a aproximadamente cero para generar un gran impulso de corriente. Por tanto, en los ejemplos, el valor efectivo de la corriente del motor puede aumentar para reducir la eficiencia del motor.

La presente divulgación se hizo en vista del problema. Es un objetivo de la presente divulgación mejorar el factor de potencia y la eficiencia de un motor conectado como carga en un aparato de conversión de potencia.

Solución al problema

Para lograr el objetivo, según un primer aspecto de la invención, un aparato de conversión de energía incluye un circuito convertidor (2) configurado para realizar la rectificación de onda completa de una tensión de alimentación (vⁱⁿ) de una fuente (6) de alimentación de CA; un enlace (3) de CC que incluye un condensador (3a) conectado en paralelo a una salida del circuito convertidor (2) y configurado para generar una tensión de CC pulsante (v^cc); un circuito inversor (4) configurado para convertir una salida del enlace (3) de CC en CA mediante conmutación, y suministra CA a un motor (7) conectado al mismo; y un controlador (5) configurado para controlar la conmutación de modo que las corrientes (i^u, i^v e i^w) del motor (7) oscilan en sincronización con los impulsos de la tensión de alimentación (vⁱⁿ). El controlador (5) controla la conmutación de acuerdo con una carga del motor (7) o un estado operativo del motor (7), y reduce la amplitud de los impulsos de las corrientes (i^u, i^v e i^w).

En esta configuración, la capacitancia del condensador (3a) se establece de modo que la tensión del enlace de CC (v^cc) oscila más ampliamente, aumentando así la anchura de conducción de corriente en el circuito convertidor (2) y mejorando el factor de potencia. Además, la conmutación en el aparato de conversión de energía incluye un circuito convertidor (2) configurado para realizar la rectificación de onda completa de una tensión de fuente de alimentación (vⁱⁿ) de una fuente (6) de alimentación de CA; un enlace (3) de CC que incluye un condensador (3a) conectado en paralelo a una salida del circuito convertidor (2) y configurado para generar una tensión de CC pulsante (v^cc); un circuito inversor (4) configurado para convertir una salida del enlace (3) de CC en CA mediante conmutación, y suministra CA a un motor (7) conectado al mismo; y un controlador (5) configurado para controlar la conmutación de modo que las corrientes (i^u, i^v e i^w) del motor (7) oscilen en sincronización con los impulsos de la tensión de alimentación (vⁱⁿ). El controlador (5) incluye un generador (51) de referencia de corriente que hace que una referencia de corriente del motor oscile en sincronización con la tensión de la fuente de alimentación. El generador (51) de referencia de corriente controla la conmutación cuando una carga del motor (7) es menor que un valor predeterminado de acuerdo con una disminución en la carga del motor (7) o un estado operativo del motor (7), y reduce la amplitud de los impulsos de las corrientes (i^u, i^v e i^w).

En esta configuración, la capacitancia del condensador (3a) se establece de modo que la tensión del enlace de CC (v^cc) oscile más ampliamente, aumentando así el ancho de conducción de corriente en el circuito convertidor (2) y mejorando el factor de potencia. Además, la conmutación en el circuito inversor (4) se controla de modo que las corrientes (i^u, i^v e i^w) del motor (7) oscilen en sincronización con los impulsos de la tensión de alimentación (vⁱⁿ). Por lo tanto, disminuye el armónico de la entrada de una corriente de entrada (iⁱⁿ) de la fuente (6) de alimentación de CA al aparato (1) de conversión de energía. Dado que la amplitud de los impulsos de las corrientes (i^u, i^v e i^w) se reduce de acuerdo con la carga del motor (7) conectado al circuito inversor (4), o el estado operativo del motor (7), disminuyen los valores efectivos de las corrientes (i^u, i^v e i^w) que fluyen hacia el motor (7).

Los siguientes aspectos segundo-sexto de la invención definen realizaciones preferidas de la invención.

Según un segundo aspecto de la invención, en el aparato de conversión de potencia del primer aspecto, el controlador (5) reduce la amplitud de los impulsos de acuerdo con al menos uno de las corrientes (i^u, i^v e i^w), la energía eléctrica, la velocidad (w^m) o un par del motor (7).

Con el uso de uno cualquiera de las corrientes (i^u, i^v e i^w), la potencia eléctrica, la velocidad (w^m), o el par del motor (7), se detecta la magnitud de la carga del circuito inversor (4), que es el motor (7). En esta configuración, la amplitud de los impulsos de las corrientes (i^u, i^v e i^w) se controla utilizando uno cualquiera de estos valores detectados, o una combinación de los valores detectados. Convencionalmente, los aparatos de conversión de energía incluyen un mecanismo para detectar un ángulo de fase (0ⁱⁿ) de entrada de CA, y las corrientes (i^u, i^v e i^w), la velocidad (w^m), y el par del motor (7). Por tanto, estos valores se detectan fácilmente.

Según un tercer aspecto de la invención, en un aparato de conversión de potencia de los aspectos primero o segundo, el controlador (5) controla la conmutación de modo que la tensión CC (v^cc) sea superior a cero y reduce la amplitud de los impulsos.

En esta configuración, el controlador (5) controla la conmutación de modo que la tensión del enlace de CC (v^cc) es mayor que cero. Por tanto, lo que se denomina un “sistema de derivación” se emplea como medio de detección de corriente del motor (7); el estado de conmutación del circuito inversor (4) se detecta de forma fiable.

Según un cuarto aspecto de la invención, en el aparato de conversión de potencia del primer aspecto, el controlador (5) reduce la amplitud de los impulsos en el arranque del motor (7).

En esta configuración, dado que la amplitud del impulso se reduce en el arranque del motor (7), se controla el par del motor (7) en el arranque para que sea constante.

Según el quinto aspecto de la invención, en el aparato de conversión de potencia del cuarto aspecto, el controlador (5) aumenta gradualmente la amplitud de los impulsos después del arranque del motor (7).

En esta configuración, después del arranque del motor (7), el impulso de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) reduce el armónico de la entrada de una corriente de entrada (iⁱⁿ) de la fuente (6) de alimentación de CA al aparato (1) de conversión de energía.

Según un sexto aspecto de la invención, en el aparato de conversión de potencia de los aspectos primero a quinto, el controlador (5) incluye un controlador (56) de corriente que realiza al menos uno de un control proporcional, un control integral o un control derivado para reducir la desviación de valores de referencia (i^d* e i^q*) de las corrientes (i^u, i^v e i^w) a partir de los valores de corriente reales (i^d e i^q), y cambia una ganancia de control del control al reducir la amplitud de los impulsos.

En esta configuración, la amplitud de los impulsos de las corrientes (i^u, i^v e i^w) del motor (7) es controlada por al menos uno del control proporcional, el control integral o el control derivado.

Ventajas de la invención

Según el primer aspecto de la invención, cuando la carga del motor conectado (7) es menor que un valor predeterminado, los valores efectivos de las corrientes que fluyen hacia el motor (7) disminuyen, mejorando así la eficiencia del motor (7). Es decir, la presente divulgación mejora tanto el factor de potencia como la eficiencia del motor (7).

Según el segundo aspecto de la invención, dado que la carga aplicada al circuito inversor (4) se detecta fácilmente, se controla así fácilmente la amplitud de los impulsos.

Según el tercer aspecto de la invención, cuando se emplea lo que se denomina un “sistema de derivación” como medio de detección de corriente del motor (7), el estado de conmutación del circuito inversor (4) se detecta de forma fiable, controlando así de forma fiable los valores de corriente del motor (7).

Según un cuarto aspecto de la invención, el par del motor (7) en el arranque se controla para que sea constante, controlando así de manera estable el motor (7). Además, se reduce la disminución de la eficiencia en el arranque.

Según un quinto aspecto de la invención, se reduce el armónico de la entrada de una corriente de entrada (i^¡n) de la fuente (6) de alimentación de CA al aparato (1) de conversión de energía, mejorando así el factor de potencia después del arranque del motor (7).

Según un sexto aspecto de la invención, el controlador (56) de corriente, que generalmente se incluye en el circuito inversor (4), controla la amplitud de los impulsos de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w), controlando así fácilmente la amplitud de los impulsos.

Breve descripción de los dibujos

[FIG. 1] La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra la configuración de un aparato de conversión de energía según una primera realización de la presente divulgación.

[FIG. 2] La Figura 2 ilustra formas de onda de una tensión de enlace de CC y un valor de referencia de corriente de excitación, cuando k = 1 en la siguiente Ecuación (1).

[FIG. 3] La Figura 3 ilustra formas de onda de la tensión del enlace de CC y el valor de referencia de la corriente de excitación, cuando k es menor que 1 en la siguiente Ecuación (1).

[FIG. 4] La Figura 4 es un cronograma que ilustra la relación entre una cantidad de fluctuación y una carga.

[FIG. 5] la Figura 5 es un cronograma que ilustra la relación entre la cantidad de fluctuación y una ganancia de control en un controlador de corriente del eje dq en el arranque de un motor.

Descripción de realizaciones

Las realizaciones de la presente divulgación se describirán a continuación en detalle con referencia a los dibujos. Nótese que las realizaciones descritas a continuación se expondrán simplemente a título de ejemplos de naturaleza preferida, y no pretenden limitar el alcance, las aplicaciones ni el uso de la invención.

Primera realización de la presente divulgación

Configuración

La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra la configuración de un aparato (1) de conversión de energía según una primera realización de la presente divulgación. Como se muestra en la figura, el aparato (1) de conversión de energía incluye un circuito convertidor (2), un enlace (3) de CC, un circuito inversor (4) y un controlador (5). El aparato (1) de conversión de energía convierte la energía de CA suministrada desde una fuente de energía de CA monofásica (6) en energía que tiene una frecuencia predeterminada, y luego suministra la energía a un motor (7). El motor (7) de acuerdo con esta realización es un motor de CA trifásico para accionar un compresor provisto en un circuito refrigerante de un aparato de aire acondicionado.

<Circuito convertidor (2)>

El circuito convertidor (2) está conectado a la fuente (6) de alimentación de CA y realiza una rectificación de onda completa de la salida de CA de la fuente (6) de alimentación de CA a CC. En este ejemplo, el circuito convertidor (2) es un circuito de puente de diodos en el que una pluralidad de (cuatro en esta realización) diodos (D1-D4) están conectados entre sí en una configuración de puente. Los diodos (D1-D4) realizan una rectificación de onda completa de una tensión de CA de la fuente (6) de alimentación de CA a una tensión de CC.

<Enlace (3) de CC>

El enlace (3) de CC incluye un condensador (3a). El condensador (3a) está conectado en paralelo a una salida del circuito convertidor (2). Una tensión de CC (es decir, una tensión de enlace de CC (v^cc)) generada en ambos extremos del condensador (3a) se aplica a los nodos de entrada del circuito inversor (4). El condensador (3a) es, por ejemplo, un condensador de película. Este condensador (3a) tiene capacitancia electrostática que aplana solo una tensión de fluctuación (es decir, una fluctuación de tensión) generada de acuerdo con una frecuencia de conmutación, cuando los dispositivos de conmutación del circuito inversor (4), que se describirán más adelante, realizan la conmutación. Es decir, el condensador (3a) es un condensador de baja capacitancia, que no tiene capacitancia electrostática que aplane la tensión rectificada por el circuito convertidor (2) (es decir, la fluctuación de tensión causada por una tensión de suministro de energía). Por lo tanto, la salida de tensión del enlace de CC (v^cc) del enlace (3) de CC tiene gran oscilación, de modo que su valor máximo es el doble del valor mínimo o más.

<Circuito inversor (4)>

Los nodos de entrada del circuito inversor (4) están conectados en paralelo al condensador (3a) del enlace (3) de CC. El circuito inversor (4) convierte una salida del enlace (3) de CC en CA trifásica mediante conmutación, y suministra la CA al motor (7) conectado al mismo. En el circuito inversor (4) según esta realización, múltiples dispositivos de conmutación están conectados entre sí en una configuración de puente. Este circuito inversor (4) envía la CA trifásica al motor (7) y, por lo tanto, tiene seis dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy y Sz). Específicamente, el circuito inversor (4) incluye tres ramales de conmutación en cada uno de los cuales dos de los dispositivos de conmutación están conectados entre sí en serie. Cada uno de los ramales de conmutación está conectado a una bobina de fase (no mostrada) del motor (7) en un punto intermedio entre el dispositivo de conmutación del brazo superior (Su, Sv o Sw) y el dispositivo de conmutación del brazo inferior (Sx, Sy o Sz). Cada uno de los diodos de circulación libre (Du, Dv, Dw, Dx, Dy y Dz) está conectado en paralelo inverso a uno de los dispositivos de conmutación correspondientes (Su, Sv, Sw, Sx, Sy y Sz). El circuito inversor (4) realiza la operación de activación/desactivación de los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy y Sz) para convertir la entrada de tensión del enlace de CC (vcc) del enlace (3) de CC en la tensión de CA trifásica mediante conmutación y, a continuación, suministra la tensión al motor (7). El controlador (5) controla la operación de activación/desactivación.

<Controlador (5)>

El controlador (5) controla la conmutación (operación de activación/desactivación) en el circuito inversor (4) de modo que las corrientes (es decir, las corrientes del motor (iu, iv e iw)) que fluyen hacia el motor (7) oscilan en sincronización con los impulsos de una tensión de alimentación (vin). En este ejemplo, el controlador (5) incluye un controlador (50) de velocidad, un generador (51) de referencia de corriente, un multiplicador (52), un generador (54) de valor de referencia de corriente dq, un convertidor (55) de coordenadas, un controlador (56) de corriente del eje dq, y un controlador (57) de PWM.

-Controlador (50) de velocidad-

El controlador (50) de velocidad incluye un sustractor (50a) y un operador PI (50b). El controlador (50) de velocidad calcula la diferencia entre una frecuencia de ángulo de rotación (um) del ángulo mecánico del motor (7) y un valor de referencia (um‘ ) del ángulo mecánico usando el sustractor (50a), y realiza la operación proporcional/integral (operación PI) del resultado del cálculo del sustractor (50a) usando el operador PI (50b) para enviar al multiplicador (52) un primer valor de referencia de corriente (im*).

-Generador (51) de referencia de corriente-

El generador (51) de referencia de corriente recibe el valor sinusoidal (sen (9¡n)) del ángulo de fase (0in) de la tensión de alimentación (vin), obtiene el coeficiente de modulación (es decir, la fluctuación) expresado por la siguiente Ecuación (1) en función del valor introducido, y envía el coeficiente de modulación (es decir, la fluctuación) al multiplicador (52).

fluctuación = k ^{jse n ^ .J ( l -} k ^{) ... (1)}

En la Ecuación (1), k es un número real expresado por 0 < k ^ 1. Como se describirá más adelante en detalle, el generador (51) de referencia de corriente cambia el valor de k (en adelante también denominado “cantidad de fluctuación”) de acuerdo con la magnitud de la carga, que es el motor (7). En este ejemplo, el generador (51) de referencia de corriente establece k como un valor constante cuando la carga es mayor o igual a un valor predeterminado, y reduce el valor de k cuando la carga es menor que el valor predeterminado. Al reducir el valor de k, el generador (51) de referencia de corriente comprueba la tensión del enlace de CC (vcc) y cambia continuamente el valor establecido de k, como se describirá más adelante en detalle. Es decir, al reducir el valor de k, el generador (51) de referencia de corriente controla la amplitud de los impulsos de las corrientes del motor (iu, iv e iw) de acuerdo con la carga. La magnitud de la carga se conoce a partir de al menos uno de los valores detectados de la velocidad (um), el par, las corrientes del motor (iu, iv e iw), y la potencia eléctrica del motor (7), o una combinación de los valores detectados.

-Multiplicador (52)-

El multiplicador (52) multiplica el primer valor de referencia de corriente (im*) emitido desde el controlador (50) de velocidad por el coeficiente de modulación (es decir, la fluctuación) emitido desde el generador (51) de referencia de corriente, y envía un valor de referencia de corriente de excitación (idq*) al generador (54) de valor de referencia de corriente dq. El valor de referencia de la corriente de excitación (idq*) se expresa mediante la siguiente Ecuación (2).

i*dq = i*m ^x fluctuación ^{... (2)}

-Generador (54) de valor de referencia de corriente dq-

El generador (54) de valor de referencia de corriente dq obtiene un valor de referencia de corriente del eje d (id*) y un valor de referencia de corriente del eje q (iq*) a partir del valor de referencia de la corriente de excitación (idq*) y un valor de referencia de fase de corriente (p*), que se describirá más adelante, en función de la siguiente Ecuación (3), y envía los valores obtenidos al controlador (56) de corriente del eje dq. Específicamente, el generador (54) de valor de referencia de corriente dq multiplica el valor de referencia de corriente de excitación (idq*) por el valor del seno negativo (-senp*) y el valor del coseno (cosp*) del valor predeterminado (p*) para generar el valor de referencia de la corriente del eje d (i^d*) y el valor de referencia de corriente del eje q (i^q*), respectivamente. El valor p* es un valor de referencia de una corriente que fluye hacia el motor (7) en una fase p.

.*

l_d .* - sen ¡b

.* ^{= hq X ■■■ (3)}

^h J ^cosb

-Convertidor (55) de coordenadas-

El convertidor (55) de coordenadas obtiene una corriente del eje d (i^d) y una corriente del eje q (i^q) a partir del ángulo de rotación (ángulo eléctrico (0^e)) de un rotor (no mostrado) del motor (7) y las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w). Específicamente, el convertidor (55) de coordenadas obtiene la corriente del eje d (i^d) y la corriente del eje q (i^q) en función de la siguiente Ecuación (4).

-Controlador (56) de corriente del eje dq-

El controlador (56) de corriente del eje dq es un ejemplo del controlador de corriente de la presente invención. El controlador (56) de corriente del eje dq controla el circuito inversor (4) a través del controlador (57) de PWM para reducir la desviación de los valores de referencia (i^d* e i^q*) de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) a partir de los valores de corriente reales. En esta realización, el controlador (56) de corriente del eje dq incluye tres controladores de: un controlador proporcional, un controlador integral y un controlador derivado. Es decir, el controlador (56) de corriente del eje dq realiza una operación PID. Específicamente, el controlador (56) de corriente del eje dq recibe la velocidad angular (w^m) del ángulo eléctrico, que es la velocidad del motor (7), la corriente del eje d (i^d), la corriente del eje q (i^q), el valor de referencia de corriente del eje d (i^d*), y el valor de referencia de corriente del eje q (i^q*). Luego, el controlador (56) de corriente del eje dq envía un valor de referencia de tensión del eje d (v^d*) y un valor de referencia de tensión del eje q (v^q*) al controlador (57) de PWM en función de la siguiente Ecuación (5). En la Ecuación (5), Ld y Lq representan la inductancia del motor del eje d y del eje q, y ^a representa una constante de fuerza electromotriz (FEM) del motor. R^a representa la resistencia de la bobina del motor. El símbolo de referencia s representa un operador derivado. K^pd, K^id, y K^Dd representan una ganancia de control proporcional, una ganancia de control integral y una ganancia de control derivado, respectivamente. En la Ecuación (5), los términos primero y segundo del lado derecho se basan en un modelo de motor convencional y el tercer término se basa en la operación PID.

-Controlador (57) de PWM-

El controlador (57) de PWM recibe el valor de referencia de tensión del eje d (v^d*), el valor de referencia de tensión del eje q (v^q*), la tensión del enlace de CC (v^cc) y el ángulo eléctrico (0^e) y genera señales de valor de referencia (T^u, T^v y T^w) para controlar el funcionamiento de activación/desactivación de los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy y Sz) en función de estos valores. Específicamente, en primer lugar, el controlador (57) de PWM obtiene valores de referencia de tensión de fase (v^u*, v^v* y v^w*) en función de la siguiente Ecuación (6).

_

A continuación, el controlador (57) de PWM obtiene el tiempo de activación T^j de los dispositivos de conmutación del brazo superior (Su, Sv y Sw) en las fases de los valores de referencia de tensión de fase (v^u*, v^v* y v*) y la tensión del enlace de CC (v^cc) en función de la siguiente Ecuación (7). En la Ecuación (7), Tc representa un periodo de la portadora. En la Ecuación (7), j = u, v, w. Por ejemplo, T^u representa el tiempo en que el dispositivo de conmutación del brazo superior (Su) está activado en la fase U.

El controlador (57) de PWM establece el tiempo de activación Tj para que sea el periodo de la portadora (Tc) cuando el resultado del cálculo de la Ecuación (7) sea mayor que el periodo de la portadora (Tc), y para que sea 0 cuando el resultado del cálculo sea menor que 0.

V j + 0 , 5 • v ,

t T ... (7)

v_cc

Después de eso, el controlador (57) de PWM envía al circuito inversor (4) las señales de valor de referencia (T^u, T^v y T^w) para realizar la operación de activación/desactivación de los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy y Sz) en las fases de acuerdo con el tiempo de activación T^j en cada periodo de la portadora (Tc).

<Funcionamiento del aparato (1) de conversión de energía>

En esta realización, dado que el enlace de CC incluye el condensador (3a) de baja capacitancia, la tensión del enlace de CC (v^cc) oscila mucho. La oscilación de la tensión del enlace de CC (v^cc) aumenta los anchos de conducción de corriente de los diodos (D1-D4) del circuito convertidor (2), mejorando así el factor de potencia. El controlador (5) controla la conmutación en el circuito inversor (4) de modo que las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) oscilan en sincronización con los impulsos de la tensión de alimentación (vⁱⁿ). Esto reduce el armónico de la entrada de una corriente de entrada (iⁱⁿ) de la fuente (6) de alimentación de CA al aparato (1) de conversión de energía. Esta realización se caracteriza por el control del circuito inversor (4) en un tiempo de baja carga, tal como un funcionamiento a baja velocidad del motor (7). A continuación se describirá el funcionamiento del aparato (1) de conversión de energía en el momento de baja carga.

El funcionamiento de un aparato de conversión de potencia convencional en un tiempo de carga baja corresponde a cuando k = 1 en la Ecuación (1). La Figura 2 ilustra las formas de onda de la tensión del enlace de ^{C c} (v^cc) y el valor de referencia de la corriente de excitación (i^dq*) cuando k = 1 en la Ecuación (1). Cuando k = 1, como se muestra en la figura, el valor de referencia de la corriente de excitación (i^dq*) disminuye hasta aproximadamente cero, de modo que la corriente del motor oscila en gran medida. Como resultado, en el aparato de conversión de potencia convencional, los valores efectivos de las corrientes del motor pueden aumentar en el tiempo de carga baja, reduciendo así la eficiencia del motor. En el aparato (1) de conversión de energía de acuerdo con esta realización, el circuito inversor (4) puede funcionar cuando k = 1 de acuerdo con el estado operativo (por ejemplo, en un momento de alta carga, etc.).

En general, la capacitancia electrostática del condensador (3a) del enlace (3) de CC se establece para aplanar la fluctuación de acuerdo con la conmutación de los dispositivos de conmutación (Su, Sv, Sw, Sx, Sy y Sz) cuando la carga es la máxima. En este ajuste de la capacitancia, como se muestra en la Figura 2, la tensión del enlace de CC (v^cc) no disminuye a cero alrededor de un cruce por cero de la tensión de la fuente (6) de alimentación de CA y el condensador (3a) se carga hasta cierto punto en el tiempo de carga baja. El aparato de conversión de potencia convencional reduce la corriente del motor (7) conectado como carga a aproximadamente cero mientras que la tensión del enlace de CC (v^cc) existe hasta cierto punto para generar un gran impulso de corriente. En este estado, el motor (7) no puede producir ningún par alrededor del cruce por cero.

Sin embargo, cuando el condensador (3a) se carga alrededor del cruce por cero, se considera que el motor (7) produce un par utilizando la tensión de carga del condensador (3a). Específicamente, el condensador (3a) se descarga reduciendo el impulso (es decir, la fluctuación) de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w). Esto reduce, en comparación con las técnicas convencionales, los valores efectivos de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) necesarios para producir el par.

Más específicamente, en el aparato (1) de conversión de energía, el generador (51) de referencia de corriente del controlador (5) reduce el valor de k en la Ecuación (1) en el tiempo de carga baja en comparación con un tiempo de carga alta para obtener el coeficiente de modulación (es decir, la fluctuación). Cuando el valor de k es menor, el coeficiente de modulación (es decir, la fluctuación) de la tensión de la entrada de CA de la fuente (6) de alimentación de CA alrededor del cruce por cero es grande en comparación con el caso en que k = 1. Es decir, la amplitud del coeficiente de modulación (es decir, la fluctuación) es menor. La Figura 3 ilustra las formas de onda de la tensión del enlace de CC (v^cc) y el valor de referencia de la corriente de excitación (i^dq*) cuando k es menor que 1 en la Ecuación (1). Como se muestra en la figura, el valor de referencia de la corriente de excitación (i^dq*) es grande alrededor del cruce por cero en comparación con el caso en que k = 1.

Como se ha descrito anteriormente, la magnitud de la carga se conoce a partir de uno de los valores detectados de la velocidad (u ^m), el par, las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) y la potencia eléctrica del motor (7), o una combinación de los valores detectados. La Figura 4 es un cronograma que ilustra la relación entre una cantidad de fluctuación (k) y una carga. Como se muestra en la Figura 4, a medida que el valor de la carga disminuye desde un valor predeterminado, el controlador (5) reduce gradualmente el valor de k. Por ello, cuando el valor de referencia de la corriente de excitación (i^dq*) aumenta alrededor del cruce por cero, aumentan el valor de referencia de corriente del eje d (i^d*) y el valor de referencia de corriente del eje q (i^q*) de la salida del generador (54) de valor de referencia de corriente dq (véase la Ecuación (3)). Como resultado, el valor de referencia de tensión del eje d (v^d*) y el valor de referencia de tensión del eje q (v^q*) emitidos desde el controlador (56) de corriente del eje dq son grandes alrededor del cruce por cero en comparación con el caso en que k = 1 (véase la Ecuación (5)). Esto extiende el tiempo de activación de los dispositivos de conmutación del brazo superior (Su, Sv y Sw) en las fases predeterminadas, descarga la carga en el condensador (3a) y reduce la amplitud de los impulsos de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w). Por ello, la amplitud de los impulsos disminuye y los valores efectivos de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) disminuyen, reduciendo así la pérdida en el cobre del motor (7) y mejorando la eficiencia del motor.

Los valores efectivos de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) disminuyen con una disminución en el valor de k en la Ecuación (1), por lo que se considera que la ventaja de mejorar la eficiencia del motor aumenta con la disminución en el valor de k. Sin embargo, si el valor de k es demasiado pequeño —es decir, la fluctuación de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) disminuye demasiado—, el condensador (3a) está completamente descargado para llevar la tensión del enlace de CC (v^cc) a cero. Cuando la tensión del enlace de CC (v^cc) es cero y, por ejemplo, el sistema (lo que se denomina “sistema de derivación”) que usa la resistencia de derivación se emplea como un medio de detección de corriente del motor (7), no se descubre que el estado de conmutación del circuito inversor (4) (es decir, en cuanto a cuál de los brazos superior e inferior del circuito inversor (4) está activado) no detecta las corrientes del motor (7). Por lo tanto, cuando se emplea el sistema de derivación, es necesario controlar la conmutación en el circuito inversor (4) de modo que la tensión del enlace de CC (v^cc) sea mayor que cero (véase la Figura 3).

Por lo tanto, cuando se emplea el sistema de derivación en esta realización, es necesario ajustar el valor de k para que la tensión del enlace de CC (v^cc) sea mayor que cero. Como ejemplo, el valor de k puede establecerse de modo que la tensión del enlace de CC (v^cc) sea igual a aproximadamente la tensión de activación de los diodos de circulación libre (Du, Dv, Dw, Dx, Dy y Dz). En esta realización, al reducir el valor de k, el generador (51) de referencia de corriente verifica la tensión del enlace de CC (v^cc) y cambia continuamente el valor establecido de k.

Si el valor de k es demasiado pequeño, el factor de potencia de la fuente de alimentación puede disminuir o la componente armónica de la corriente de entrada puede aumentar. Por lo tanto, también es necesario establecer el valor de k de acuerdo con el estado operativo.

Ventajas de la realización

Como se ha descrito anteriormente, en esta realización, la tensión del enlace de CC (v^cc) oscila en gran medida en el enlace (3) de CC para aumentar el ancho de conducción de corriente en el circuito del convertidor (2), mejorando así el factor de potencia. En un tiempo de carga baja, se reducen los valores efectivos de las corrientes que fluyen hacia el motor (7), mejorando así la eficiencia del motor (7).

Segunda realización de la presente divulgación

En una segunda realización, se describirá un ejemplo de control en el arranque de un motor (7). En esta realización, la propia configuración del circuito de un aparato (1) de conversión de energía es la misma que en la primera realización.

Por ejemplo, en un circuito inversor que incluye un condensador con baja capacitancia en un enlace de CC, cuando la corriente de un motor oscila en sincronización con una fuente de alimentación, la eficiencia puede disminuir o el control puede ser inestable en un tiempo de carga baja, como el arranque de el motor. En esta realización, el circuito inversor (4) se controla en el arranque del motor (7) de modo que el par, es decir, las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w), sea constante.

La Figura 5 es un cronograma que ilustra la relación entre una cantidad de fluctuación (k) y una ganancia de control de un controlador (56) de corriente del eje dq en el arranque del motor (7). El controlador (56) de corriente del eje dq es, por ejemplo, un controlador que realiza al menos uno de un control proporcional, un control integral o un control derivado para reducir la desviación de valores (i^d* e i^q*) de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) a partir de los valores de corriente reales. Por ejemplo, cuando el controlador (56) de corriente del eje dq realiza cualquiera de los controles, la ganancia de control del controlador (56) de corriente del eje dq es la ganancia de control del control seleccionado. Cuando el controlador (56) de corriente del eje dq realiza una combinación de múltiples tipos de control, la ganancia de control del controlador (56) de corriente del eje dq es la ganancia de control de al menos uno de los tipos de control.

Como se muestra en la Figura 5, en el periodo (es decir, un periodo de procesamiento de arranque) del procesamiento de arranque, el controlador (56) de corriente del eje dq establece la ganancia de control relativamente alta. El proceso de arranque es para llevar el motor (7) de un estado detenido a un estado operativo a la velocidad de rotación diana.

En este ejemplo, el controlador (5) controla el circuito inversor (4) cuando k = 0 en el periodo de procesamiento de arranque. Como resultado, las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) no oscilan en el periodo de procesamiento de arranque. Cuando finaliza el proceso de arranque, es decir, cuando el motor (7) funciona a la velocidad de rotación diana, el controlador (56) de corriente del eje dq reduce gradualmente la ganancia de control. Por otro lado, el controlador (5) aumenta gradualmente el valor de k de acuerdo con la magnitud de la carga después del final del proceso de arranque. Esto aumenta gradualmente la amplitud de los impulsos de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w). En este ejemplo, el valor de k (es decir, la cantidad de fluctuación) se controla para que sea 1.

Ventajas de la realización

Como se ha descrito anteriormente, en esta realización, hasta que el motor (7) arranca y opera a la velocidad de rotación predeterminada, las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) están controlados para no oscilar. Por tanto, en esta realización, el par del motor (7) se controla para que sea constante en el arranque, controlando así de forma estable el motor (7). Esto también reduce una disminución en la eficiencia en el arranque. Dado que la amplitud de los impulsos de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) aumenta gradualmente después del final del procesamiento de arranque, el factor de potencia se mejora después del arranque.

Otras realizaciones

Cómo obtener el coeficiente de modulación (es decir, la fluctuación) (la Ecuación (1)) es simplemente un ejemplo. Por ejemplo, en la Ecuación (1), pueden emplearse varios tipos de cálculo, como el cálculo que usa el cuadrado del valor del seno en lugar del valor absoluto del valor del seno del ángulo de fase (0ⁱⁿ). El quid es que el coeficiente de modulación (es decir, la fluctuación) se establezca de modo que la amplitud de los impulsos de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) cambie de acuerdo con la carga y el estado operativo del motor (7).

La configuración del controlador (56) de corriente del eje dq es simplemente un ejemplo. Por ejemplo, el controlador (56) de corriente del eje dq puede ser cualquiera de un controlador proporcional, un controlador integral o un controlador derivado, o puede ser una combinación de un controlador proporcional, un controlador integral y un controlador derivado para realizar un control para reducir la desviación de los valores de referencia (i^d* e i^q*) de las corrientes del motor (i^u, i^v e i^w) a partir de los valores de corriente reales.

Aplicabilidad industrial

La presente divulgación es útil para un aparato de conversión de energía que convierte la energía de entrada en energía predeterminada mediante conmutación.

Descripción de los números de referencia

1 Aparato de conversión de energía

2 Circuito convertidor

3 Enlace de CC

3a Condensador

4 Circuito inversor

5 Controlador

7 Motor

56 Controlador de corriente del eje dq (controlador de corriente)

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de conversión de energía que comprende:

un circuito convertidor (2) configurado para realizar la rectificación de onda completa de una tensión de alimentación (vⁱⁿ) de una fuente (6) de alimentación de CA;

un enlace (3) de CC que incluye un condensador (3a) conectado en paralelo a una salida del circuito convertidor (2) y configurado para generar una tensión de CC pulsante (v^cc);

un circuito inversor (4) configurado para convertir una salida del enlace (3) de CC en CA mediante conmutación, y para suministrar CA a un motor (7) conectado al mismo; y

un controlador (5) configurado para controlar la conmutación de modo que las corrientes (i^u, i^v e i^w) del motor (7) oscilen en sincronización con los impulsos de la tensión de alimentación (vⁱⁿ), caracterizado porque

el controlador (5) incluye un generador (51) de referencia de corriente que hace que una referencia de corriente del motor oscile en sincronización con la tensión de la fuente de alimentación; y

el generador (51) de referencia de corriente controla la conmutación cuando una carga del motor es menor que un valor predeterminado de acuerdo con una disminución en la carga del motor (7) o un estado operativo del motor (7), y reduce la amplitud de los impulsos de las corrientes (i^u, i^v e i^w).

2. El aparato de conversión de energía de la reivindicación 1 en el que

el controlador (5) reduce la amplitud de los impulsos de acuerdo con al menos uno de las corrientes (i^u, i^v e i^w), la energía eléctrica, la velocidad (w^m) o un par del motor (7).

3. El aparato de conversión de energía de la reivindicación 1 o 2 en el que

el controlador (5) controla la conmutación de modo que la tensión CC (v^cc) sea superior a cero y reduce la amplitud de los impulsos.

4. El aparato de conversión de energía de la reivindicación 1 en el que

el controlador (5) reduce la amplitud de los impulsos en el arranque del motor (7).

5. El aparato de conversión de energía de la reivindicación 4 en el que

el controlador (5) aumenta gradualmente la amplitud de los impulsos después del arranque del motor (7).

6. El aparato de conversión de energía de la reivindicación 1 en el que

el controlador (5) incluye un controlador (56) de corriente que realiza al menos uno de un control proporcional, un control integral o un control derivado para reducir la desviación de los valores de referencia (i^d* e i^q*) de las corrientes (i^u, i^v e i^w) a partir de los valores de corriente reales (i^d e i^q), y cambia una ganancia de control del control al reducir la amplitud de los impulsos.