Dispositivo electrónico para el control de un motor síncrono con rotor de imán permanente,

que comprende: una fuente de tensión alterna a la frecuencia de la red eléctrica, conectada en serie con dicho motor síncrono (1); al menos un conmutador estático (2) dispuesto en serie con dicho motor síncrono (1); y un circuito electrónico (3) que actúa sobre dicho conmutador estático (2); en donde dicho circuito electrónico (3) calcula los instantes de disparo del conmutador estático (2) para cada semiciclo tomando como referencia el paso por cero de la tensión de la red eléctrica (Vr) y aplicando un tiempo de disparo (Td) a partir de dicho punto de referencia, obteniendo dicho tiempo de disparo (Td) en función de la posición del rotor (1A) del motor (1) en los semiciclos previos, caracterizado porque el circuito electrónico (3) determina el tiempo de disparo (Td) en un instante i determinado mediante la fórmula **Fórmula** siendo trx el desfase entre la corriente en el conmutador estático (2) y la posición del rotor (1A), siendo D un desfase constante preestablecido y siendo k un valor constante dado

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención está relacionada con el control de motores síncronos con rotor de imán permanente.

ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA

Son conocidos motores síncronos con rotor de imán permanente que se alimentan con la tensión de red. Aplicando dicha tensión al motor se genera entre los polos del estator de dicho motor un campo magnético que hace girar el rotor del motor.

Para el caso por ejemplo de un motor con dos polos de estator y dos polos de rotor, cuando el rotor alcanza la velocidad de sincronismo, es decir, en régimen permanente, las posiciones angulares del rotor de 0º a 180º (medio giro) coinciden con una polaridad determinada de la corriente (un semiciclo de la corriente) y las posiciones angulares de 180º a 360º (el restante medio giro) coinciden con la otra polaridad de la corriente (el siguiente semiciclo de la corriente). En la práctica se producen desfases entre la posición del rotor y la señal de la corriente, con lo cual parte de la corriente, en lugar de contribuir al empuje del rotor, produce un efecto de frenado que será mayor cuanto menor sea la carga. Esto provoca calentamientos innecesarios en el motor, vibraciones indeseadas y ruido.

Por otra parte, un problema que tienen este tipo de motores es el del arranque. EP 0 574 823 B1 divulga un dispositivo electrónico para el arranque de motores síncronos que comprende un conmutador en serie con el motor síncrono, una fuente de tensión / corriente alterna conectada también en serie con dicho motor síncrono y un circuito electrónico que actúa sobre dicho conmutador. El circuito electrónico actúa sobre el conmutador cuando la corriente que fluye por el estator es aproximadamente cero y en función de la polaridad de la tensión alterna y la posición del rotor. De esta manera, durante el arranque se hace fluir la corriente sólo en los instantes en que dicha corriente contribuye al giro en un determinado sentido, hasta que el rotor alcanza la velocidad de sincronismo. Una vez alcanzada la velocidad de sincronismo, el rotor puede girar sin que medie ningún tipo de control de la corriente. El dispositivo descrito en EP 0 574 823 B1 no resuelve el problema referido al efecto de frenado debido al desfase entre la posición del rotor y la corriente.

EP 0 682 404 B1 describe un dispositivo electrónico para arrancar y controlar un motor síncrono con rotor de imán permanente, que comprende una fuente de tensión / corriente alterna a la frecuencia de la red eléctrica conectada en serie con el motor síncrono, un conmutador estático dispuesto en serie con dicho motor síncrono, y un circuito electrónico que actúa sobre dicho conmutador estático. Dicho circuito electrónico actúa sobre el conmutador en función de la posición del rotor y la tensión aplicada a dicho conmutador. Contempla la posibilidad de modificar la velocidad de sincronismo introduciendo tiempos de retraso en los instantes de disparo del conmutador. No contempla ningún tipo de control para minimizar los desfases que se producen entre la posición del rotor y la corriente.

FR 2729256 A1 divulga un dispositivo electrónico para el control de un motor síncrono con rotor de imán permanente según el preámbulo de la reivindicación 1.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

El principal objeto de la invención es el de proporcionar un dispositivo electrónico para el control de un motor síncrono que sea sencillo y de bajo coste y que haga posible la reducción de la corriente empleada, reduciendo así el calentamiento del motor y también el consumo.

Otro objeto de la invención es el de proporcionar un dispositivo electrónico que haga posible también la reducción de la vibración del motor en vacío, con la consiguiente disminución de ruido y la consiguiente prolongación de la vida del motor.

El dispositivo electrónico de la invención comprende una fuente de tensión / corriente alterna a la frecuencia de la red eléctrica, conectada en serie con dicho motor síncrono, al menos un conmutador estático dispuesto en serie con dicho motor síncrono, y un circuito electrónico que actúa sobre dicho conmutador estático. El circuito electrónico determina los instantes de disparo del conmutador estático tomando como referencia el paso por cero de la tensión de la red eléctrica y aplicando un tiempo de disparo a partir de dicho punto de referencia, obteniendo dicho tiempo de disparo en función de la posición del rotor del motor en los semiciclos previos. De esta manera, se consigue minimizar el frenado producido por el desfase existente entre la posición del rotor y la corriente que fluye por el estator del motor, reduciendo así el calentamiento y el consumo.

Se elige la tensión de la red eléctrica como señal de referencia por tratarse de una señal muy estable no sujeta a variaciones debidas al propio funcionamiento del dispositivo, como sucede por ejemplo con la tensión en el conmutador.

Mediante el control en función de la posición del rotor en semiciclos previos se obtiene un funcionamiento estable del motor, lo cual no sería posible calculando el tiempo de disparo sólo en función de la posición del rotor en el semiciclo previo, ya que para ello sería necesario también conocer la velocidad del rotor.

En el dispositivo electrónico de la invención, el circuito electrónico puede elegir el sentido de giro del rotor. Para ello, dicho circuito electrónico tiene en cuenta los valores de la polaridad de la tensión de la red eléctrica y la posición del rotor de tal manera que dispara el conmutador estático, en los instantes de disparo calculados, siempre que dichos valores sean tales que contribuyan al giro en el sentido elegido.

La corrección del desfase entre la posición del rotor y la corriente en un instante determinado se hace por tanto obteniendo el tiempo de disparo de cada semiciclo en función de los desfases que hayan existido entre la corriente y la posición del rotor en los semiciclos previos. Una manera de obtener dicho tiempo de disparo es calculando los desfases que se producen entre la corriente que fluye por dicho motor y la posición del rotor del motor. En lugar de medirse directamente la corriente, puede medirse la tensión en el conmutador. En esta solución, el circuito electrónico necesita tres datos: la tensión de red, el valor de la corriente (o bien la tensión en el conmutador) y la posición del rotor.

Por otra parte, se ha comprobado que existe una correlación entre la posición relativa del rotor con respecto a la señal de corriente y la posición relativa del rotor con respecto a la señal de red. Por lo tanto, una segunda manera de obtener el tiempo de disparo es calculando los desfases que se producen entre la posición del rotor del motor y la tensión de red. Esta segunda manera tiene la ventaja adicional de que el circuito electrónico sólo necesita dos datos: la posición del rotor y la tensión de red.

En situaciones diversas de carga, sobre todo en vacío, puede ocurrir que en un momento determinado el tiempo que tarda el rotor del motor en girar media vuelta sea inferior al semiciclo de la tensión de red. Si se da esa circunstancia se aplica un retardo al tiempo de disparo previamente calculado. Esto hace que el rotor no adquiera una velocidad mayor de la debida, con lo cual los ciclos de corriente son mucho más regulares y se produce una disminución apreciable de la vibración y el ruido.

Estos y otros objetos de la invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de la exposición detallada de la invención.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 es una representación esquemática de un motor síncrono de imán permanente.

La FIG. 2 es un diagrama de bloques de una realización del dispositivo de control de la invención.

La FIG. 3 muestra las variaciones en el tiempo de la tensión de red, la señal del sensor de posición del rotor y la tensión en el conmutador para una primera realización de la invención.

La FIG. 4 muestra las variaciones en el tiempo de la tensión de red, la señal del sensor de posición del rotor y la tensión en el conmutador para una segunda realización de la invención.

EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Con referencia a la figura 1, el dispositivo electrónico de la invención se aplica a un motor síncrono 1 de imán permanente con un rotor 1A y un estator 1B. Dicho motor 1 tiene dos polos de rotor y dos polos de estator... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo electrónico para el control de un motor síncrono con rotor de imán permanente, que comprende:

una fuente de tensión alterna a la frecuencia de la red eléctrica, conectada en serie con dicho motor síncrono (1);

al menos un conmutador estático (2) dispuesto en serie con dicho motor síncrono (1); y

un circuito electrónico (3) que actúa sobre dicho conmutador estático (2);

en donde dicho circuito electrónico (3) calcula los instantes de disparo del conmutador estático (2) para cada semiciclo tomando como referencia el paso por cero de la tensión de la red eléctrica (Vr) y aplicando un tiempo de disparo (Td) a partir de dicho punto de referencia, obteniendo dicho tiempo de disparo (Td) en función de la posición del rotor (1A) del motor (1) en los semiciclos previos,

caracterizado porque el circuito electrónico (3) determina el tiempo de disparo (Td) en un instante i determinado mediante la fórmula

i1

1 

Td  (tr  D)

i kx1 x

siendo trx el desfase entre la corriente en el conmutador estático (2) y la posición del rotor (1A), siendo D un desfase constante preestablecido y siendo k un valor constante dado.

2. Dispositivo electrónico según la reivindicación 1, en donde el circuito electrónico (3) calcula los desfases que se producen entre la corriente que fluye por el motor (1) y la posición del rotor (1A) del motor (1) midiendo los desfases entre la tensión (Vt) en el conmutador estático (2) y la señal (6) de un sensor de posición (4) adaptado para detectar la posición del rotor (1A) del motor (1).

3. Dispositivo electrónico para el control de un motor síncrono con rotor de imán permanente, que comprende:

una fuente de tensión alterna a la frecuencia de la red eléctrica, conectada en serie con dicho motor síncrono (1);

al menos un conmutador estático (2) dispuesto en serie con dicho motor síncrono (1); y

un circuito electrónico (3) que actúa sobre dicho conmutador estático (2);

en donde dicho circuito electrónico (3) calcula los instantes de disparo del conmutador estático (2) para cada semiciclo tomando como referencia el paso por cero de la tensión de la red eléctrica (Vr) y aplicando un tiempo de disparo (Td) a partir de dicho punto de referencia, obteniendo dicho tiempo de disparo (Td) en función de la posición del rotor (1A) del motor (1) en los semiciclos previos,

caracterizado porque el circuito electrónico (3) determina el tiempo de disparo (Td) en un instante i determinado mediante la fórmula

i1

Tdi  1  (D  trx )kx1

siendo trx el desfase entre la posición del rotor (1A) y la tensión de red (Vr), siendo D un desfase constante preestablecido y siendo k un valor constante dado.

4. Dispositivo electrónico según la reivindicación 3, en donde la posición del rotor (1A) del motor (1) se mide a partir de la señal (6) de un sensor de posición (4).

5. Dispositivo electrónico según las reivindicaciones 2 o 3, en donde el sensor de posición (4) está dispuesto en el punto central del espacio libre entre los polos del estator (1B) del motor (1).

6. Dispositivo electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el circuito electrónico (3) determina el sentido de giro del rotor (1A) en función de la polaridad de la tensión de la red eléctrica (Vr) y de la posición del rotor (1A), disparando el conmutador estático (2), en los instantes de disparo calculados, siempre que los valores de la tensión de red eléctrica (Vr) y la posición del rotor (1A) sean tales que contribuyan al giro en el sentido elegido.

7. Dispositivo electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde, al iniciar el arranque del motor (1), el circuito electrónico (3) dispara el conmutador estático (2) durante varios ciclos sin ningún control para provocar el desplazamiento del rotor (1A) de su posición de reposo, y a continuación comienza a determinar los instantes de disparo a partir de los tiempos de disparo (Td) y a disparar el conmutador estático (2) en función de dichos tiempos de disparo (Td).

8. Dispositivo electrónico según la reivindicación 7, en donde, en el caso de que, tras iniciar el arranque, el tiempo en que el rotor (1A) tiene la misma polaridad supere un valor predeterminado, se vuelve a iniciar dicho arranque.

9. Dispositivo electrónico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde, cuando el tiempo (trot) que tarda el rotor (1A) del motor (1) en girar media vuelta es inferior al tiempo de un semiciclo (Tred) de la tensión de red (Vr), se aplica un retardo () al tiempo de disparo (Td).

10. Dispositivo electrónico según la reivindicación 9, en donde el retardo () es igual a la diferencia entre el tiempo (Tred) de un semiciclo de la tensión de red (Vr) y el tiempo (trot) que tarda el rotor (1A) del motor (1) en girar media vuelta.