ES2990258T3

ES2990258T3 - Dispositivo para controlar un convertidor

Info

Publication number: ES2990258T3
Application number: ES19155395T
Authority: ES
Inventors: Kyoung-Sue Kim
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2024-11-29
Anticipated expiration: 2039-02-04
Also published as: US20190245461A1; KR102080095B1; US10630212B2; EP3522359B1; KR20190094490A; CN110120770A; JP6759376B2; CN110120770B; EP3522359A1; JP2019140904A

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo de control de inversor. El dispositivo de control de inversor incluye un controlador principal configurado para generar una corriente de comando predeterminada; un módulo de comparación configurado para calcular una diferencia entre la corriente de comando y una corriente de salida de un módulo inversor; un controlador de corriente configurado para realizar un control proporcional-integral (PI) basado en la diferencia; y un módulo de estimación de frecuencia configurado para estimar una velocidad de rotación de un motor basándose en una respuesta de corriente a la corriente de comando mientras la corriente de comando se inyecta al controlador de corriente, en donde el controlador principal está configurado además para: cuando comienza una operación de arranque en vuelo del módulo inversor, para establecer una frecuencia de salida del módulo inversor basándose en la velocidad de rotación del motor estimada por el módulo de estimación de frecuencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo para controlar un convertidor

Campo técnico

La presente divulgación se refiere a un dispositivo para controlar un convertidor.

Antecedentes

Un convertidor es un dispositivo de conversión que convierte eléctricamente CC en CA. Un convertidor utilizado en la industria recibe energía suministrada por una fuente de alimentación comercial y varía la tensión y la frecuencia de la energía y suministra la energía variada a un motor. Por consiguiente, el convertidor puede controlar la velocidad de funcionamiento del motor.

Un convertidor de alta tensión dual es un convertidor cuya especificación de tensión está en un intervalo de 3.300 a 11.000 V. El convertidor de alta tensión dual se utiliza para controlar la velocidad de rotación de un motor de gran capacidad con una capacidad que varía de 600 kVA a 7,5 MVA, o para controlar un par de salida.

En un sistema que acciona un motor utilizando un convertidor de este tipo, varias razones pueden provocar que se reinicie el convertidor mientras el motor está girando. Por ejemplo, mientras se interrumpe el suministro eléctrico comercial, tal como en un corte momentáneo de energía, y por lo tanto el motor funciona libremente, la energía comercial se reinicia de manera que el convertidor se reinicia. Esto se llama arranque en vuelo.

En relación con esto, el convertidor tiene una corriente excesiva, lo que provoca un ruido, etc. que debe ser suprimido. En casos graves, un elemento de potencia del convertidor podría dañarse. Por lo tanto, se requiere un método mediante el cual el convertidor se reinicie fácilmente cuando se restablezca la energía mientras el motor está en un estado de funcionamiento libre.

En un caso convencional, se midió y analizó una tensión de salida del motor para controlar el motor basándose en un cambio en una corriente activa. Sin embargo, este enfoque tiene un problema porque cuando existe una fuerza contraelectromotriz residual en el motor, es difícil analizar una corriente de salida del motor, lo que impide el arranque en vuelo.

Por consiguiente, se utiliza un método para controlar el motor mediante la estimación de una frecuencia de la fuerza contraelectromotriz del motor. Sin embargo, en este enfoque, cuando la magnitud de la fuerza contraelectromotriz es pequeña para no permitir la estimación de frecuencia, el tiempo de estimación de frecuencia se hace más largo porque se debe emplear un método de arranque en vuelo convencional.

El documento US 2006/049795 A1 se refiere a un método de control vectorial sin sensor de generador de CA y a un dispositivo de control del mismo. Se aplica una corriente continua o una tensión de corriente continua al motor de corriente alterna en el estado de funcionamiento libre antes de reiniciarlo, y una corriente secundaria, que fluye a través del rotor del motor en este momento, se utiliza para estimar la dirección de rotación y la velocidad del motor de corriente alterna.

El documento EP 1829200 B1 se refiere a un método y un aparato para determinar el estado de rotación del motor. Una unidad de accionamiento del motor incluye un convertidor de tensión, un controlador y lógica de reconexión. El convertidor de tensión proporciona señales de accionamiento del motor a un motor asociado. El controlador puede generar señales de demanda para al menos dos ejes de control para controlar el convertidor de tensión. La lógica de reconexión se puede utilizar para ordenar al controlador que inyecte una corriente en un primer eje de control. La lógica de reconexión también puede utilizarse para supervisar una tensión de un segundo eje de control para detectar cruces por cero y determinar una velocidad del motor asociado basándose en los cruces por cero detectados.

Sumario

Para resolver el problema, un propósito de la presente divulgación es proporcionar un dispositivo de control del convertidor que permite un arranque en vuelo estimando una velocidad de rotación de un motor incluso cuando una fuerza contraelectromotriz de un motor es muy pequeña.

La presente invención se define en la reivindicación independiente 1, divulgándose las realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes.

Según la presente divulgación, incluso cuando es difícil analizar con precisión la fuerza contraelectromotriz del motor, la velocidad de rotación del motor se puede estimar rápidamente, de manera que el convertidor pueda reiniciarse en poco tiempo.

Se describirán más efectos específicos de la presente divulgación, así como los efectos descritos anteriormente, junto con ilustraciones de detalles específicos para llevar a cabo la invención.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 muestra una configuración de un sistema de motor de alta tensión típico.

La FIG. 2 muestra un ejemplo de un cambio en una velocidad de rotación y una fuerza contraelectromotriz de un motor en un estado de funcionamiento libre cuando se interrumpe el suministro de tensión al motor.

La FIG. 3 es un gráfico para ilustrar una operación de arranque en vuelo de un convertidor convencional.

La FIG. 4 es un gráfico de un ejemplo de un cambio en una corriente activa del motor en la operación como en la FIG. 3.

La FIG. 5 es un gráfico para ilustrar una operación de realización de un arranque en vuelo midiendo una fuerza contraelectromotriz de un motor y estimando una velocidad de rotación del motor basándose una frecuencia de la fuerza contraelectromotriz en una técnica anterior.

La FIG. 6 es un diagrama de configuración para describir un sistema convertidor de una realización de la presente divulgación.

La FIG. 7 muestra un gráfico para ilustrar un periodo en el que no se puede calcular la velocidad de rotación del motor.

La FIG. 8 muestra una configuración detallada de un controlador en la FIG. 6.

La FIG. 9 es un ejemplo para describir una relación entre magnitudes de corrientes de comando en la FIG. 8. La FIG. 10 es un ejemplo para describir una relación entre las respuestas de corriente a las corrientes de comando en la FIG. 9.

La FIG. 11 es un ejemplo para describir una operación de arranque en vuelo según una realización de la presente divulgación.

Descripción detallada

A continuación en el presente documento, se describirá un dispositivo para controlar un convertidor de acuerdo con la presente divulgación con referencia a los dibujos adjuntos.

Por simplicidad y claridad de ilustración, lo elementos en las figuras no están necesariamente dibujados a escala. Los mismos números de referencia en diferentes figuras, denotan elementos iguales o similares y, como tales, realizan una funcionalidad similar. También, se omiten descripciones y detalles de etapas y elementos conocidos para simplificar la descripción. Además, en la siguiente descripción detallada de la presente invención, se exponen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión completa de la presente divulgación. Sin embargo, se entenderá que la presente divulgación puede practicarse sin estos detalles específicos. En otros casos, métodos, procedimientos, componentes y circuitos no se han descrito en detalle para no dificultar innecesariamente la comprensión de los aspectos de la presente divulgación.

Los anteriores objetos, características y ventajas se harán evidentes a partir de la descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos. Las realizaciones se describen con suficiente detalle para permitir que los expertos en la materia practiquen fácilmente la idea técnica de la presente divulgación. Se pueden omitir descripciones detalladas de funciones o configuraciones bien conocidas para no oscurecer innecesariamente la esencia de la presente divulgación. A continuación en el presente documento, las realizaciones de la presente divulgación se describirán en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. A lo largo de los dibujos, números de referencia similares hacen referencia a elementos similares a lo largo de todo el presente documento.

A menos que se defina lo contrario, todos los términos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado comúnmente entendido por un experto en la materia. Cuando los términos utilizados en el presente documento entren en conflicto con un significado general del término, el significado del término está de acuerdo con la definición utilizada en el presente documento.

A continuación se ilustran y describen ejemplos de diversas realizaciones. Se entenderá que la presente descripción no pretende limitar las reivindicaciones a las realizaciones específicas descritas.

La terminología utilizada en el presente documento tiene la finalidad de describir realizaciones particulares solamente, y no pretende limitar la presente divulgación. Como se utiliza en el presente documento, las formas en singular "un" y "una" pretenden incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Debe entenderse, además, que los verbos "comprende", "que comprende", "incluye" y "que incluye" cuando se usan en la memoria descriptiva, especifican la presencia de las indicadas características, números enteros, operaciones, elementos y/o componentes, pero no excluyen la presencia o adición de una o varias características adicionales, números enteros, operaciones, elementos, componentes y/o porciones de los mismos. Como se utiliza en el presente documento, la conjunción "y/o" incluye cualquiera y todas las combinaciones de uno o más de los elementos enumerados asociados. Una expresión tal como "al menos uno de" cuando precede a una lista de elementos puede modificar la lista completa de elementos y no puede modificar los elementos individuales de la lista.

Se debe entender que, aunque los términos "primero", "segundo", "tercero", etc., pueden usarse el presente documento para describir diversos elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones, estos elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones no deben estar limitadas por estos términos. Estos términos se utilizan para distinguir un elemento, componente, región, capa o sección, de otro elemento, componente, región, capa o sección. Por tanto, un primer elemento, componente, región, capa o sección descritos, a continuación se podría denominar como segundo elemento, componente, región, capa o sección, sin salirse del alcance de la presente divulgación.

Adicionalmente, se debe entender también que cuando se hace referencia a que un primer elemento o capa está presente "sobre" un segundo elemento o capa, el primer elemento puede estar dispuesto directamente sobre el segundo elemento o puede estar dispuesto indirectamente sobre el segundo elemento con un tercer elemento o capa dispuesto entre el primer y el segundo elemento o capa. Se entenderá que cuando se hace referencia a que un elemento está "conectado" o "acoplado" a otro elemento, este puede estar directamente encima, conectado o acoplado al otro elemento o capa, o pueden estar presentes uno o más elementos o capas intermedios. Adicionalmente, también se entenderá que cuando se hace referencia a que un elemento o capa está "entre" dos elementos o capas, puede ser el único elemento o capa entre dos elementos o capas, o también pueden estar presentes uno o más elementos o capas intermedios.

A continuación en el presente documento, se describirá una técnica de arranque en vuelo convencional con referencia a las FIGS. 1 a 5. Después, se describirá un dispositivo de control del convertidor según una realización de la presente divulgación con referencia a las FIGS. 6 a 11.

Como se muestra en la FIG. 1, en el sistema de motor de alta tensión convencional, incluso cuando falla el convertidor de alta tensión 100, una línea eléctrica comercial está conectada a un motor 200 para permitir que el motor 200 funcione utilizando energía comercial. Es decir, un primer interruptor 300 y un segundo interruptor 400 están configurados para conectar el motor 200 y el convertidor de alta tensión 100 entre sí. Un tercer interruptor 400 está configurado para conectar el motor 200 directamente a la línea eléctrica comercial.

Mientras el motor 200 se acciona a través del tercer interruptor 500 que está conectado a una fuente de energía comercial, la energía comercial no se suministra al motor debido a un corte de energía instantáneo o similar y, por lo tanto, el motor 200 funciona libremente. En este caso, cuando la energía comercial se suministra nuevamente al motor a través de la restauración de la energía eléctrica, el convertidor de alta tensión 100 está conectado al motor 200 a través del primer y el segundo interruptores 300 y 400, con lo que se reiniciará el motor 200. En relación con esto, el tercer interruptor 500 está en estado apagado.

La FIG. 2 muestra un ejemplo de un cambio en una velocidad de rotación y una fuerza contraelectromotriz de un motor en un estado de funcionamiento libre cuando se interrumpe el suministro de tensión al motor. Como se muestra en la FIG. 2, cuando se interrumpe el suministro de tensión al motor 200, tanto la fuerza contraelectromotriz como la velocidad de rotación del motor 200 disminuyen.

La FIG. 3 es un gráfico para ilustrar una operación de arranque en vuelo de un convertidor convencional. La FIG. 4 es un gráfico de un ejemplo de un cambio en una corriente activa del motor en la operación como en la FIG. 3.

En un punto de inicio 3A de la operación de arranque en vuelo, una frecuencia de salida f del convertidor de alta tensión 100 comienza a disminuir desde una frecuencia máxima, mientras que una tensión de salida V del convertidor de alta tensión 100 comienza a aumentar desde una tensión mínima.

En el punto de finalización 3B de la operación de arranque en vuelo, la frecuencia de salida f del convertidor de alta tensión 100 se vuelve igual a la velocidad de rotación del motor 200, mientras que la tensión de salida V del convertidor de alta tensión 100 comienza a aumentar en una relación V/f. Una operación posterior se controla según la relación V/f.

Por tanto, un control de arranque en vuelo realiza un control independiente entre una magnitud de tensión y una frecuencia durante el control de frecuencia variable de tensión variable (VVVF) del convertidor de alta tensión 100. Cuando existe una fuerza contraelectromotriz en el motor 200, es posible que un circuito interno del convertidor de alta tensión 100 no funcione. Por tanto, cuando la fuerza contraelectromotriz está por debajo de una cierta magnitud, el circuito interno del convertidor de alta tensión 100 comienza a funcionar. La frecuencia del convertidor de alta tensión 100 disminuye continuamente desde la velocidad más alta. Cuando la frecuencia alcanza una velocidad de rotación real del motor 200, la frecuencia permanece constante.

El control basado en V/f se refiere a un esquema de control para mantener constante el flujo magnético interno de un motor de inducción 200. Por lo general, la relación V/f se establece en una relación entre una tensión nominal y una frecuencia nominal. Un usuario puede cambiar la relación como parámetro.

La detección de velocidad en esta operación de arranque en vuelo convencional se logra observando un flujo de energía a través del convertidor de alta tensión 100 y el motor 200. Es decir, haciendo referencia a la FIG. 4, cuando la frecuencia de salida del convertidor de alta tensión 100 es más rápida que la velocidad de rotación del motor 200, el flujo de energía se produce desde el convertidor de alta tensión 100 hacia el motor 200. Asimismo, se detecta una corriente activa del motor 200 en dirección positiva.

Cuando la frecuencia de salida continúa disminuyendo y luego la frecuencia de salida se vuelve más pequeña que la velocidad de rotación del motor 200, el flujo de energía se produce desde el motor 200 hacia el convertidor de alta tensión 100. La corriente activa se detecta en una dirección negativa.

Por tanto, en el control de arranque en vuelo convencional, cuando la corriente activa detectada del motor 200 en la dirección negativa se mantiene durante una duración determinada, se completa la detección de la velocidad y se realiza la operación basándose en la relación V/f.

Una técnica convencional puede medir una tensión de fase aplicado al convertidor de alta tensión 100 desde el motor 200 y medir una fuerza contraelectromotriz V del motor 200. Después, la técnica convencional utiliza un bucle de enganche de fase (PLL) para generar una forma de onda de una tensión de salida V que tiene una magnitud, fase y frecuencia iguales a las de la fuerza contraelectromotriz V. Por lo tanto, el convertidor 100 genera una tensión igual a la fuerza contraelectromotriz V del motor 200 basada en la tensión de salida V así generada al inicio de la operación de arranque en vuelo.

El PLL se refiere a un circuito que hace coincidir una señal de entrada y una frecuencia de referencia con una señal de salida y una frecuencia de salida respectivamente. El PLL detecta una diferencia de fase entre la señal de entrada y la señal de salida. El PLL controla un oscilador controlado por tensión (VCO) para emitir una señal de frecuencia bloqueada con precisión.

Haciendo referencia a la FIG. 5, en una región 4A-4B, se detecta una forma de onda de la tensión de salida V que tiene una frecuencia, una fase y una magnitud iguales a las de la fuerza contraelectromotriz V debida al PLL. En una región 4B-4C, una frecuencia del motor 200, es decir, una velocidad de rotación f del mismo, se fija, y se aumenta una magnitud de la tensión de salida del convertidor 100. En un punto 4C, una vez completado el arranque en vuelo, el convertidor puede entonces controlarse basándose en la relación V/f.

Cuando, como se muestra en la FIG. 3, se detecta la velocidad de rotación f del motor 200 y se realiza el arranque en vuelo, no se tiene en cuenta la tensión de salida del motor 200 sino información de referencia sobre la tensión de salida y la corriente de salida del convertidor de alta tensión 100.

Por otro lado, cuando se detecta la velocidad de rotación f del motor 200 basándose en la fuerza contraelectromotriz del motor 200 como se muestra en la FIG. 5 para realizar el arranque en vuelo, la tensión de salida del motor 200 se detecta en la región donde está presente la fuerza contraelectromotriz, para así detectar la velocidad de rotación f del motor 200. En relación con esto, la tensión de salida del motor 200 se detecta mediante digitalización con una duración de muestreo de 1 ms utilizando una resistencia divisora de tensión.

Por tanto, según el método convencional de arranque en vuelo como en el caso de la FIG. 3, la tensión de salida del motor 200 se mide y analiza de manera que el motor funcione según el cambio de la corriente activa. Sin embargo, cuando existe una fuerza contraelectromotriz residual en el motor 200, el arranque en vuelo no se puede realizar porque es difícil analizar la información de la corriente de salida del motor 200.

Asimismo, según el método de arranque en vuelo convencional como en la FIG. 5, la fuerza contraelectromotriz se puede utilizar para estimar la velocidad de rotación del motor 200. Por tanto, esto podría permitir un arranque en vuelo en poco tiempo. Sin embargo, cuando la fuerza contraelectromotriz es pequeña para no permitir la estimación de la frecuencia y no permite la estimación de la velocidad de rotación, es posible que el arranque en vuelo no se pueda implementar. En un caso de este tipo, el tiempo de estimación de frecuencia se hace mayor.

La presente divulgación tiene por objeto resolver los problemas de la tecnología convencional. Según una realización de la presente divulgación, se acorta el tiempo necesario para estimar la velocidad de rotación del motor. Incluso cuando la fuerza contraelectromotriz del motor es muy pequeña, la velocidad de rotación del motor se puede estimar rápidamente.

La FIG. 6 es un diagrama de configuración para describir un sistema convertidor de acuerdo con una realización de la presente divulgación.

Como se muestra en la FIG. 6, un sistema convertidor de acuerdo con una realización de la presente divulgación puede incluir un módulo rectificador 2 para rectificar la energía suministrada desde una fuente de alimentación de CA 1 tal como una fuente de alimentación comercial; un módulo de suavizado 3 para suavizar una tensión de salida del módulo rectificador 2; un módulo convertidor 4 que incluye una pluralidad de elementos de conmutación para convertir la tensión suavizado del módulo de suavizado 3 en una tensión de CA de una frecuencia y magnitud diana; y un dispositivo de control 6 que proporciona señales de compuerta a la pluralidad de elementos de conmutación del módulo convertidor 4 y estima una velocidad de rotación del motor 5 analizando una corriente de salida del módulo convertidor 4. El sistema convertidor de acuerdo con una realización de la presente divulgación puede incluir además un módulo de detección 7 que mide una corriente de salida enviada a un motor 5. El módulo de detección 7 puede ser, por ejemplo, un transformador de corriente CT.

Como se muestra en la FIG. 7, en una región donde una magnitud de la fuerza contraelectromotriz del motor es igual o menor que una magnitud predeterminada (por ejemplo, 0), es imposible analizar la fuerza contraelectromotriz del motor incluso cuando el motor está girando.

Para estimar rápidamente la velocidad de rotación f del motor en la región donde no es posible analizar la fuerza contraelectromotriz del motor, el dispositivo de control 6 según la presente divulgación aplica una corriente continua al motor 5 y analiza una corriente de ondulación resultante de la corriente continua aplicada. Asimismo, el dispositivo de control 6 según la presente divulgación estima la velocidad de rotación del motor basándose en la corriente de ondulación. De esta manera, el arranque en vuelo se realiza basándose en la velocidad de rotación estimada del motor. Según la presente divulgación, la velocidad de rotación del motor se puede estimar dentro de aproximadamente el 10 % de la duración de estimación de la técnica convencional. Por tanto, se podrá realizar el reinicio rápido del motor 5.

La FIG. 8 muestra una configuración detallada del dispositivo de control 6 de la FIG. 6.

Como se muestra en la figura, el dispositivo de control 6 según una realización de la presente divulgación puede incluir un controlador principal 10, un controlador de corriente 20, un módulo de comparación 15 y un módulo de estimación de frecuencia 30.

El controlador de corriente 20 genera una señal de compuerta que se aplicará al módulo convertidor 4 de manera que el módulo 4 genere una tensión requerida para aplicar una corriente de comando diana i<a.>*, i<b>*, i<c>* al motor 5. El controlador de corriente puede controlar una frecuencia de salida del módulo convertidor 4 aplicando la señal de compuerta a los elementos de conmutación del módulo convertidor 4.

El controlador principal 10 puede generar corrientes de comando que se aplicarán al controlador de corriente 20.

En relación con esto, las corrientes de comando pueden ser corrientes continuas, incluida una corriente de fase a que es una corriente positiva, corrientes de fase b y fase c. Cada una de las corrientes de fase b y de fase c puede ser una corriente negativa que tiene la mitad de la magnitud de la corriente de fase a. Cada corriente de comando como corriente continua se refiere a una corriente con una magnitud determinada y una frecuencia de cero. En relación con esto, la magnitud de cada corriente continua puede variar dependiendo de la configuración del motor 5. Por ejemplo, en una realización de la presente divulgación, la magnitud de la corriente de comando de fase a puede ser una corriente positiva de una magnitud de 1/2 de la corriente nominal del motor 2. La magnitud de cada una de las corrientes de comando de fase b y fase c puede ser una corriente negativa de una magnitud de 1/2 de la corriente de comando de fase a. Sin embargo, debe entenderse que la presente divulgación no se limita a ello. La magnitud de cada corriente de comando puede variar dependiendo de la clasificación del motor 5.

En relación con esto, cada corriente de comando puede inyectarse durante un tiempo predeterminado, por ejemplo, de 200 ms. En una realización de la presente divulgación, el módulo de estimación de frecuencia 30 estima una frecuencia analizando la corriente de ondulación resultante de la aplicación de cada corriente continua. Por lo tanto, el tiempo de inyección de la corriente de comando es lo suficientemente grande como para provocar la ondulación en el módulo convertidor 4. Sin embargo, la presente divulgación no está limitada a ello. Dependiendo de la potencia del motor 5, el tiempo de inyección de la corriente de comando puede variar.

La FIG. 9 es un ejemplo para describir una relación entre magnitudes de corrientes de comando en la FIG. 8.

Como se ha descrito anteriormente, en una realización de la presente divulgación, la corriente de comando de fase a es una corriente positiva de una magnitud predeterminada 8B. Cada una de las corrientes de comando de fase b y fase c puede ser una corriente negativa de una magnitud 8C o 8D correspondiente a la mitad de la magnitud 8B de la corriente de comando de fase a.

Asimismo, para medir las ondulaciones causadas por las corrientes de comando de fase a a fase c, las corrientes de comando de fase a a fase c se pueden aplicar durante una duración determinada de 8A.

En una realización de la presente divulgación, el módulo de comparación 15 puede determinar una diferencia entre cada corriente de comando y una corriente de salida del convertidor medida desde el módulo de detección 7, y puede proporcionar la diferencia al controlador de corriente 20.

En una realización de la presente divulgación, el controlador de corriente 20 puede ser un controlador proporcionalintegral (PI). El controlador de corriente 20 puede realizar un control proporcional-integral (PI) basado en el valor de salida del módulo de comparación 15.

Es decir, el controlador de corriente 20 puede multiplicar las salidas del módulo de comparación 15 por una ganancia proporcional específica P para formar los primeros productos. Después, el controlador de corriente 20 puede multiplicar los productos por una ganancia integral específica I para formar segundos productos. Después, el controlador de corriente 20 puede integrar los segundos productos para formar una suma integrada. El controlador de corriente 20 puede aplicar la suma como una señal de compuerta a la pluralidad de elementos de conmutación del módulo convertidor 4.

El control proporcional se refiere al control de la frecuencia de salida del módulo convertidor 4 para permitir que la frecuencia de salida sea proporcional a la salida (desviación) del módulo de comparación 15. Cuando la ganancia P se establece para que sea grande, la respuesta del sistema será rápida porque la desviación cambia rápidamente. Sin embargo, cuando la ganancia P se establece en un valor muy grande, el sistema se vuelve inestable.

El control integral tiene como objetivo corregir la frecuencia de salida integrando las desviaciones. Para el control proporcional, una gran desviación puede producir una frecuencia de salida grande. Cuando la desviación es pequeña, un valor ajustado de la frecuencia de salida se hace más pequeño. Sin embargo, el control proporcional no puede hacer que la desviación sea cero. El control integral compensa el límite de este control proporcional. La corrección integral de la frecuencia de salida se puede realizar acumulando las desviaciones a lo largo de todo el tiempo, dando como resultado una desviación de cero. La ganancia I indica con qué frecuencia se integran las desviaciones.

En una realización de la presente divulgación, el controlador de corriente 20 puede utilizar una ganancia P menor que una ganancia P utilizada para el control del convertidor en un estado estable, para una duración de tiempo de 8A durante la cual se suministra la corriente de comando para la medición de la respuesta de corriente.

La FIG. 10 es un ejemplo para describir una relación entre las respuestas de corriente a las corrientes de comando en la FIG. 9. Las respuestas de corriente pueden corresponder a las salidas del módulo convertidor 4 en la FIG. 6.

Como se muestra en la FIG. 10, las respuestas de corriente a las corrientes de comando que tienen la fase a a la fase c en una salida del módulo convertidor 4 pueden expresarse como corrientes de ondulación. Una magnitud de una respuesta de corriente a la corriente de fase a corresponde al doble de una magnitud de cada una de las respuestas de corriente a las corrientes de fase b y de fase c. La respuesta de corriente a la corriente de fase a tiene una dirección opuesta a cada una de las respuestas de corriente a las corrientes de fase b y fase c. Es decir, la respuesta de corriente a la corriente de fase a es una corriente de ondulación positiva, mientras que cada una de las respuestas de corriente a las corrientes de fase b y fase c es una corriente de ondulación negativa.

Asimismo, las respuestas de corriente a las corrientes de fase b y fase c están desfasadas en una dirección opuesta.

Una pendiente 9A a lo largo de los puntos medios de una curva sinusoidal en la respuesta de corriente a la corriente de fase a corresponde a la ganancia P. Esto también es cierto para cada una de las respuestas de corriente a las corrientes de fase b y de fase c.

El módulo de estimación de frecuencia 30 según una realización de la presente divulgación puede estimar una frecuencia o una velocidad de rotación f del motor 5 utilizando una o más de las corrientes de ondulación basadas en fase a a fase c.

Por ejemplo, el módulo de estimación de frecuencia 30 calcula un primer incremento de la respuesta de corriente basada en fase correspondiente a un tiempo predeterminado, por ejemplo, de 1 ms. Después, el módulo calcula un segundo incremento de la respuesta de corriente basada en fase correspondiente a un tiempo predeterminado posterior (que es equivalente al doble de la derivada). Por tanto, el módulo 30 puede obtener una curva sinusoidal de la respuesta de corriente basada en fase de la FIG. 10. El módulo 30 puede estimar la velocidad de rotación del motor 5 calculando un cruce por cero de la curva sinusoidal generada.

Como alternativa, haciendo referencia a la FIG. 10, la respuesta de corriente basada en la fase b y la respuesta de corriente basada en la fase c son opuestas en fases. El módulo de estimación de frecuencia 30 resta la respuesta de corriente basada en la fase c de la respuesta de corriente basada en la fase b en la FIG. 10 para obtener una curva sinusoidal. Después, el módulo 30 estima la velocidad de rotación del motor 5 calculando el cruce por cero de la curva sinusoidal resultante.

Sin embargo, la manera en que el módulo de estimación de frecuencia 30 según una realización de la presente divulgación estima la velocidad de rotación del motor 5 a partir de las respuestas de corriente en la FIG. 10 no está limitada a las descritas anteriormente. La estimación de frecuencia se puede realizar de varias maneras.

El controlador principal 10 puede realizar el arranque en vuelo del convertidor basándose en la velocidad de rotación del motor 5 estimada por el módulo de estimación de frecuencia 30.

La FIG. 11 ilustra un gráfico de ejemplo para describir una operación de arranque en vuelo según una realización de la presente divulgación. Esta operación puede ser una operación del convertidor bajo el control del controlador principal 10.

Como se muestra en la FIG. 11, mientras se interrumpe el suministro de energía comercial de tal manera que se reduce la velocidad de rotación f del motor y se reduce la fuerza contraelectromotriz V del motor, se reactiva el suministro de energía comercial. En relación con esto, según la técnica convencional, la magnitud de la fuerza contraelectromotriz del motor 5 puede ser pequeña y, por lo tanto, es posible que no se realice el arranque en vuelo.

Sin embargo, en una realización de la presente divulgación, el controlador principal 10 proporciona las corrientes de comando al controlador de corriente 20 durante una duración desde un punto predeterminado en el tiempo, es decir, 10A hasta un punto de inicio 10B de la operación de arranque en vuelo. En relación con esto, el tiempo 10a en el que comienza el suministro de las corrientes de comando puede establecerse en un tiempo en el que una magnitud de la fuerza contraelectromotriz V del motor 5 sea igual o menor que una magnitud predeterminada, por ejemplo, 0. Asimismo, la duración de la inyección de corriente de comando puede establecerse en una duración predeterminada, por ejemplo, de 200 ms. Sin embargo, la duración de la inyección de corriente de comando puede variar dependiendo de las realizaciones.

Durante el tiempo que el controlador principal 10 inyecta las corrientes de comando en el controlador de corriente 20, es decir, por una duración desde un punto 10A hasta un punto 10B, el módulo de estimación de frecuencia 30 puede estimar la frecuencia o velocidad de rotación f del motor 5. En relación con esto, durante el tiempo que el controlador principal 10 inyecta las corrientes de comando en el controlador de corriente 20, es decir, por una duración desde un punto 10A hasta un punto 10B, el controlador principal 10 puede mantener la tensión de salida V del módulo convertidor 4 para que tenga una magnitud constante.

Cuando la operación de arranque en vuelo se inicia en el punto 10B, el controlador principal 10 establece la frecuencia de salida F del módulo convertidor 4 a una frecuencia que es mayor en al menos una magnitud predeterminada que la velocidad de rotación del motor 5 según lo estimado por el módulo de estimación de frecuencia 30. El controlador 10 disminuye la frecuencia de salida F del módulo convertidor 4 en un punto cuando se completa la operación de arranque en vuelo, es decir, por un punto 10D.

En el momento 10D, cuando la velocidad de rotación f del motor 5 se vuelve igual a la frecuencia de salida del convertidor F, finaliza la operación de arranque en vuelo. El motor 5 funciona basándose en la frecuencia de salida F del convertidor en el punto de tiempo 10D. El controlador principal 10 aumenta la tensión de salida del convertidor V desde cero durante un periodo desde el punto de tiempo 10B en el que comienza la operación de arranque en vuelo hasta el punto de tiempo 10D en el que finaliza la operación de arranque en vuelo.

Después de finalizar el arranque en vuelo en 10D, el controlador principal 10 ajusta la tensión de salida V del módulo convertidor 4 según la relación V/f.

Como se muestra en la FIG. 11, según la presente divulgación, la operación de arranque en vuelo se realiza a la frecuencia máxima de salida del convertidor como en la tecnología convencional, pero la operación de arranque en vuelo se inicia basándose en la velocidad de rotación f del motor 5 estimada por el módulo de estimación de frecuencia 30. Por lo tanto, la operación de arranque en vuelo se completa en un tiempo más corto que con la técnica convencional.

Según la presente divulgación, la velocidad de rotación del motor se estima inyectando corrientes continuas y analizando las corrientes de ondulación resultantes de las corrientes inyectadas. Después, la realización del arranque en vuelo basándose en la velocidad de rotación estimada del motor puede permitir que la operación de arranque en vuelo se complete dentro de aproximadamente el 10 % de la duración de la operación de arranque en vuelo en el caso convencional.

Adicionalmente, incluso cuando la fuerza contraelectromotriz no se puede analizar con precisión en el caso convencional, la velocidad de rotación del motor se puede estimar rápidamente de acuerdo con la presente divulgación de modo que el convertidor se pueda reiniciar en poco tiempo.

Será evidente para los expertos en la materia que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención. El alcance de protección está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de control del convertidor para controlar un sistema convertidor, comprendiendo el sistema convertidor un módulo rectificador (2) para rectificar la energía suministrada desde una fuente de alimentación de corriente alterna (CA), un módulo de suavizado (3) para suavizar una tensión de salida del módulo rectificador y un módulo convertidor (4) que incluye una pluralidad de elementos de conmutación para convertir la tensión suavizado del módulo de suavizado en una tensión de CA y para suministrar la tensión de CA a un motor (200),

en donde el dispositivo de control del convertidor comprende:

un controlador principal (10) configurado para, cuando se detiene el suministro de tensión de CA al motor (200), generar una corriente de comando de una primera magnitud predeterminada;

un módulo de comparación (15) configurado para calcular una diferencia entre la corriente de comando y una corriente de salida del módulo convertidor (4);

un controlador de corriente (20) configurado para realizar un control proporcional-integral (PI) basado en la diferencia; y

un módulo de estimación de frecuencia (30) configurado para, mientras la corriente de comando se inyecta al controlador de corriente (20), estimar una velocidad de rotación del motor (200) basándose en las respuestas de corriente a las corrientes de comando,

caracterizado por que

las respuestas de corriente a las corrientes de comando incluyen una respuesta de corriente de fase A, una respuesta de corriente de fase B y una respuesta de corriente de fase C,

en donde una magnitud de la respuesta de corriente de fase A corresponde al doble de una magnitud de cada una de las respuestas de corriente de fase B y de la respuesta de corriente de fase C,

en donde la respuesta de corriente de la fase A es una corriente de ondulación positiva, mientras que cada una de las respuestas de corriente de fase B y la respuesta de corriente de fase C es una corriente de ondulación negativa, la respuesta de corriente de fase B y la respuesta de corriente de fase C están desfasadas en una dirección opuesta,

en donde el controlador principal (10) está configurado, además, para:

cuando se inicia una operación de arranque en vuelo del módulo convertidor (4), establecer una frecuencia de salida del módulo convertidor (4) a una primera frecuencia mayor en al menos una segunda magnitud predeterminada que la velocidad de rotación del motor (200) estimada por el módulo de estimación de frecuencia (30);

disminuir la frecuencia de salida del módulo convertidor (4) desde la primera frecuencia hasta la velocidad de rotación estimada del motor (200); y

aumentar la tensión de salida del módulo convertidor (4) desde cero.

2. El dispositivo de control del convertidor de la reivindicación 1, en donde la corriente de comando incluye la corriente de comando de fase A, la corriente de comando de fase B y la corriente de comando de fase C, en donde la corriente de comando de fase A es una corriente positiva de la primera magnitud predeterminada, en donde cada una de la corriente de comando de fase B y la corriente de comando de fase C es una corriente negativa de una tercera magnitud predeterminada.

3. El dispositivo de control del convertidor de la reivindicación 1, en donde la magnitud de la corriente de comando de fase A es 1/2 de una magnitud de una corriente nominal del motor (200).

4. El dispositivo de control del convertidor de la reivindicación 1, en donde el controlador principal (10) está configurado además para inyectar la corriente de comando al controlador de corriente (20) durante un periodo desde un momento en el que una fuerza contraelectromotriz del motor (200) es menor que una cuarta magnitud predeterminada hasta un momento en el que comienza la operación de arranque en vuelo del módulo convertidor (4).

5. El dispositivo de control del convertidor de la reivindicación 1, en donde el controlador principal (10) está configurado además para mantener la tensión de salida del módulo convertidor (4) en una magnitud constante mientras inyecta la corriente de comando al controlador de corriente (20).

6. El dispositivo de control del convertidor de la reivindicación 1, en donde el controlador de corriente (20) está configurado además para utilizar una ganancia proporcional (P) menor que una ganancia proporcional en un estado estable mientras la corriente de comando se inyecta al controlador de corriente (20).

7. El dispositivo de control del convertidor de la reivindicación 2, en donde el módulo de estimación de frecuencia (30) está configurado además para estimar una frecuencia calculando dos veces un incremento de una respuesta de corriente a la corriente de comando de fase A para formar una curva sinusoidal y calculando un cruce por cero de la curva sinusoidal.

8. El dispositivo de control del convertidor de la reivindicación 2, en donde el módulo de estimación de frecuencia (30) está configurado además para estimar una frecuencia restando una respuesta de corriente a la corriente de comando de fase C de una respuesta de corriente a la corriente de comando de fase B para formar una curva sinusoidal y calculando un cruce por cero de la curva sinusoidal.

9. El dispositivo de control del convertidor de la reivindicación 1, en donde el controlador de corriente (20) está configurado además para realizar el control proporcional-integral (PI) basándose en la diferencia para generar una salida y para suministrar la salida generada como una señal de compuerta a los elementos de conmutación del módulo convertidor (4).