Instalación para hacer funcionar motores síncronos y procedimiento correspondiente.

Instalación para hacer funcionar una máquina síncrona (1), con

- un ajustador de corriente alterna

(4) trifásico, que puede conectarse a una red de corriente alterna y comprende al menos dos ajustadores semiconductores (6, 7, 8) para las fases (A, B, C) de la red de corriente alterna,

- un transmisor de posición para determinar el ángulo de posición (θ) del rotor de la máquina síncrona (1),

- una instalación para determinar la posición de fase de tensión de red para al menos una de las fases (A, B, C) de la red de corriente alterna,

- medios para determinar un par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8), con base en el ángulo de posición (θ) del rotor,

- medios para determinar momentos de conmutación para los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) del par respectivo con base en la posición de fase de tensión de red, caracterizada por

- medios para determinar una posición de fase de tensión de red ajustada para el par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8), para generar un momento de giro positivo del ángulo de posición (θ) del rotor, en donde los medios para determinar la posición de fase de tensión de red ajustada para el par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) están configurados para llevar a cabo la determinación con base en márgenes parciales (21) para todo el margen angular del ángulo de posición (θ), de 0º a 360º, en donde al menos a una parte de los márgenes parciales (21) está asociada en cada caso una posición de fase de tensión de red ajustada para el par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8), y los medios para determinar una posición de fase de tensión de red ajustada determinan aquella posición de fase de tensión de red que está asociada al margen parcial (21) en el que se encuentra el ángulo de posición (θ).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/067930.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: BENECKE,MARCEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES... > Disposiciones o métodos para el control de motores... > H02P27/16 (utilizando convertidores CA-CA sin conversión intermedia a CC (H02P 27/05 tiene prioridad))

PDF original: ES-2453893_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Instalación para hacer funcionar motores síncronos y procedimiento correspondiente La invención se refiere a una instalación para hacer funcionar motores síncronos y a un procedimiento correspondiente para hacer funcionar motores síncronos con ajustadores de corriente alterna trifásicos, que están conectados a una red de corriente alterna y que comprenden al menos dos ajustadores semiconductores, por ejemplo tiristores conectados en anti-paralelo que se conectan, respectivamente encienden, en determinados momentos.

Los motores síncronos de corriente alterna sin jaula de arranque están ligados por principio a la frecuencia de la red de corriente alterna que alimenta. Un arranque, es decir un cebado de estos motores, no es por ello posible directamente en la red. Más bien es necesaria una instalación, entre la red de corriente alterna y la máquina síncrona, que primero haga posible el cebado. Para esto se utiliza normalmente un convertidor de frecuencia. El convertidor de frecuencia se compone de un rectificador, un (condensador de) circuito intermedio y un vibrador. Se utiliza para generar una corriente alterna con frecuencia ajustable.

Se conocen instalaciones para hacer funcionar máquinas eléctricas, en especial máquinas síncronas, por ejemplo de los documentos JP 55 111 688, US 4, 125, 796 y EP 1 987 847 A2.

La tarea de la invención consiste en indicar un procedimiento y una instalación, con el o con la que se haga posible, con una complejidad muy reducida de elementos constructivos electrónicos de potencia, un funcionamiento de una máquina sincrónica en una red de corriente alterna. Con ello debe hacerse posible en especial también el arranque de la máquina sincrónica.

Esta tarea es resuelta mediante una instalación conforme a la reivindicación 1. Otra solución consiste en un procedimiento conforme a la reivindicación 10. En las reivindicaciones subordinadas se indican perfeccionamientos de la invención.

En el caso del procedimiento conforme a la invención para hacer funcionar un motor síncrono se utiliza un ajustador de corriente alterna. El ajustador de corriente alterna comprende al menos dos ajustadores semiconductores, convenientemente tres ajustadores semiconductores, uno por fase. En el caso de los elementos de conmutación semiconductores puede tratarse por ejemplo de ajustadores de corriente alterna. Los ajustadores de corriente alterna pueden estar materializados como pares de tiristores conectados en anti-paralelo o como triacs. Sin embargo, también podrían utilizarse IGBTs u otros tipos de conmutadores semiconductores. El ajustador de corriente alterna está conectado a una red de corriente alterna. El devanado de estator del motor síncrono está conectado con ello, de forma preferida, en conexión en estrella sin conductor neutro. Los ajustadores de corriente alterna se activan o encienden en determinados momentos, es decir, se conectan de forma conductora o se preparan para la conducción.

En el caso del procedimiento conforme a la invención se establece un ángulo de posición del rotor. El ángulo de posición mecánico indica convenientemente la posición del rotor con relación a una posición fija espacialmente y que puede determinarse. El ángulo de posición se extiende con ello convenientemente de 0º a 360º. Alternativamente también puede establecerse el ángulo de posición eléctrico, por ejemplo a través de una valoración de magnitudes eléctricas en el motor. Asimismo se establece la posición de fase de tensión de red en al menos una de las fases del devanado de estator. A partir del ángulo de posición y de la posición de fase de tensión de red se determinan los momentos de encendido, en los que se conectan o encienden los ajustadores semiconductores.

Convenientemente para el tratamiento ulterior se establece el ángulo de posición eléctrico o se calcula a partir del ángulo de posición mecánico. A la inversa, también es posible aplicar otras magnitudes, de tal modo que pueda trabajarse directamente con el ángulo de posición mecánico.

La instalación conforme a la invención para hacer funcionar una máquina sincrónica comprende un ajustador de corriente alterna trifásico, que puede conectarse a una red de corriente alterna y comprende al menos dos ajustadores semiconductores para las fases de la red de corriente alterna. Asimismo está previsto un transmisor de posición para establecer el ángulo d posición del rotor de la máquina síncrona. Aparte de esto la instalación comprende una instalación para determinar la posición de fase de tensión de red para al menos una de las fases de la red de corriente alterna. Por último se dispone de medios para determinar una par de dos de los ajustadores semiconductores, con base en el ángulo de posición del rotor, y medios para determinar momentos de conmutación para los ajustadores semiconductores delpar con base en la posición de fase de tensión de red.

Con ello es posible que, durante la ejecución del procedimiento o durante el funcionamiento de la instalación, los momentos de encendido se determinen en un momento determinado para el futuro. Sin embargo, también es posible que el procedimiento se ejecute continuamente o que la instalación trabaje continuamente. En otras palabras, los

pasos aislados se repiten a pequeños intervalos de tiempo. Después es también posible que los momento de encendido se determinen siempre sólo para ese momento, es decir, que sólo se decida encender ahora o precisamente no encender.

La ventaja del procedimiento conforme a la invención reside en la utilización de la posición del rotor para determinar momentos de encendido. Por medio de esto se logra que, incluso con números de revoluciones reducidos del motor síncrono, se genere sólo o casi sólo un momento de giro positivo. Con ello un momento de giro positivo quiere decir un momento de giro que, para un proceso de cebado, sólo señale en uno de los dos sentidos posibles. En otras palabras sólo se genera un momento de giro acelerador, mientras que se evita un momento de giro frenador.

En procedimientos conocidos, para el cebado del motor síncrono se sintetizan desarrollos de tensión con una frecuencia menor que la frecuencia de red. Con ello se determina la frecuencia a generar para un cierto espacio de tiempo. Al final del espacio de tiempo se conmuta a una frecuencia mayor. Con ello se determina la frecuencia.

Conforme a la invención, por el contrario, en primer lugar se tiene en cuenta la posición del rotor. Solamente en el segundo paso se contempla la posición de fase de tensión de red. Por ello, en la forma de proceder conforme a la invención se obtiene un desarrollo de tensión que tiene también características de un desarrollo de tensión con una frecuencia menor que la frecuencia de red. Sin embargo, los desarrollos de tensión generados tendrán un aspecto diferente a los de los procedimientos conocidos. Por un lado se producen rupturas en el desarrollo de tensión a causa de que el rotor sigue girando. Por otro lado aumenta la frecuencia de la frecuencia efectiva generada directamente con la velocidad de rotor y no aumenta en etapas. La invención tiene la ventaja de que la frecuencia de la tensión efectiva generada no es necesario que se controle nada o que ni siquiera se contemple; más bien se obtiene automáticamente y adaptada ventajosamente a la velocidad actual del rotor.

Conforme a la invención, a partir del ángulo de posición se establece una posición de fase de tensión de red ajustada para el par de ajustadores semiconductores, que debe estar disponible para que pueda disponerse de momentos de encendido. Esto se obtiene de que sólo con la polaridad correcta de las tensiones se consigue un momento de giro positivo. Junto con la posición de fase de tensión... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.Instalación para hacer funcionar una máquina síncrona (1) , con

-un ajustador de corriente alterna (4) trifásico, que puede conectarse a una red de corriente alterna y comprende al menos dos ajustadores semiconductores (6, 7, 8) para las fases (A, B, C) de la red de corriente alterna,

-un transmisor de posición para determinar el ángulo de posición (8) del rotor de la máquina síncrona (1) ,

-una instalación para determinar la posición de fase de tensión de red para al menos una de las fases (A, B, C) de la red de corriente alterna,

-medios para determinar un par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) , con base en el ángulo de posición (8) del rotor,

-medios para determinar momentos de conmutación para los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) del par respectivo con base en la posición de fase de tensión de red, caracterizada por

-medios para determinar una posición de fase de tensión de red ajustada para el par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) , para generar un momento de giro positivo del ángulo de posición (8) del rotor, en donde los medios para determinar la posición de fase de tensión de red ajustada para el par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) están configurados para llevar a cabo la determinación con base en márgenes parciales

(21) para todo el margen angular del ángulo de posición (8) , de 0º a 360º, en donde al menos a una parte de los márgenes parciales (21) está asociada en cada caso una posición de fase de tensión de red ajustada para el par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) , y los medios para determinar una posición de fase de tensión de red ajustada determinan aquella posición de fase de tensión de red que está asociada al margen parcial (21) en el que se encuentra el ángulo de posición (8) .

2.Instalación conforme a la reivindicación 1, que comprende una tabla archivada en la que están archivados los márgenes parciales (21) y las posiciones de fase de tensión de red ajustadas asociadas.

3.Instalación conforme a la reivindicación 1 ó 2, en la que los medios para determinar el par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) están configurados para llevar a cabo la determinación con base en márgenes parciales (21) para todo el margen angular del ángulo de posición (8) , de 0º a 360º, en donde al menos a una parte de los márgenes parciales (21) está asociado en cada caso un par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) , y los medios para determinar un par determinan aquel par que está asociado al margen parcial (21) en el que se encuentra el ángulo de posición (8) .

4.Instalación conforme a la reivindicación 3, que comprende una tabla archivada en la que están archivados los márgenes parciales (21) y los pares asociados.

5.Instalación conforme a una de las reivindicaciones anteriores, configurada de tal modo que se utilizan seis márgenes parciales (21) .

6.Instalación conforme a una de las reivindicaciones anteriores, configurada de tal modo que cada margen parcial

(21) comprende un margen angular del ángulo de posición eléctrico de 60º.

7.Instalación conforme a una de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios para determinar momentos de conmutación están configurados para provocar una conmutación para los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) del par determinado, si la posición de fase de tensión de red en ambas fases (A, B, C) de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) del par determinado se corresponde con la posición de fase de tensión de red ajustada determinada.

8.Instalación según una de las reivindicaciones anteriores, con medios para establecer un paso por cero para al menos una de las fases (A, B, C) y con medios para determinar un ángulo de conmutación, alrededor del cual se determinan momentos de conmutación retrasados con relación al paso por cero de tensión.

9.Instalación según una de las reivindicaciones anteriores, con tres ajustadores semiconductores (6, 7, 8) formados en cada caso por dos tiristores en anti-paralelo (A1, A2, B1, B2, C1, C2) .

10. Procedimiento para hacer funcionar una máquina síncrona (1) con un ajustador de corriente alterna (4) trifásico, que está conectado a una red de corriente alterna y que comprende al menos dos ajustadores semiconductores (6,

7, 8) que, en determinados momentos de encendido, se conectan o encienden de forma conductora, con los siguientes pasos de procedimiento:

-establecimiento de un ángulo de posición (8) del rotor,

-establecimiento de la posición de fase de tensión de red en al menos una de las fases (A, B, C) de la red de 5 corriente alterna,

-establecimiento de los momentos de encendido con base en el ángulo de posición (8) y en la posición de fase de tensión de red, de tal modo que se genera un momento de giro positivo, por medio de que

-se determina un par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) con base en el ángulo de posición (8) del rotor, caracterizado porque

-se determina una posición de fase de tensión de red ajustada para el par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) , para generar un momento de giro positivo del ángulo de posición (8) del rotor, en donde la determinación se lleva a cabo con base en márgenes parciales (21) para todo el margen angular del ángulo de posición (8) , de 0º a 360º, en donde al menos a una parte de los márgenes parciales (21) está asociada en cada caso una posición de fase de tensión de red ajustada para el par de dos de los ajustadores semiconductores (6, 7,

8) , y se determina aquella posición de fase de tensión de red que está asociada al margen parcial (21) en el que se encuentra el ángulo de posición (8) ,

-se determinan momentos de conmutación para los ajustadores semiconductores (6, 7, 8) del respectivo par, con base en la posición de fase de tensión de red ajustada, junto con posición de fase de tensión de red.