Procedimiento y sistema de control para controlar un motor eléctrico sin escobilla.

Procedimiento para el control de un motor eléctrico (M) sin escobilla conmutado electrónicamente, rectificándose una tensión alterna de red

(UN) trifásica a una tensión continua de circuito intermedio (UZK) y suministrándose esta tensión continua (UZK) a través de un circuito intermedio delgado (6) a un inversor (2) que a través de un control de motor (10) para la temporización de PWM con el fin de la conmutación del motor eléctrico (M) y el ajuste del número de revoluciones del motor se puede controlar con un ciclo de trabajo (A) variable, estando configurado el circuito intermedio delgado sin condensador de aplanamiento o al menos sin condensador electrolítico, de tal manera que la tensión continua de circuito intermedio (UZK) está afectada por una magnitud perturbadora periódica, influyéndose para la compensación de la magnitud perturbadora en el ciclo de trabajo (A) con un factor de compensación (k) de tal manera que en el circuito intermedio (6) el producto de tensión continua de circuito intermedio (UZK) y una corriente de circuito intermedio (IZK) resultante se mantiene constante, caracterizado por que la tensión continua de circuito intermedio (UZK) se supervisa en relación con la magnitud de una parte alterna (UZKca), cambiándose en el caso de alcanzar o superar un primer valor límite (UZKca-máx1) predefinido de la parte alterna (UZKca) de una tensión continua de circuito intermedio medida actualmente (UZK.act.med) el factor de compensación (k) mediante un regulador (20) para la reducción de la compensación de magnitud perturbadora hasta que la parte alterna actual (UZKca) disminuya de nuevo a o por debajo del valor límite (UZKca.máx1), calculándose el factor de compensación (k) dependiendo de la tensión continua de circuito intermedio medida actualmente (UZK.act.med), de un valor medio de las tensiones continuas de circuito intermedio medidas actualmente (UZK.medi.med) y un factor de escala (Sk).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11152387.

Solicitante: EBM-PAPST MULFINGEN GMBH & CO.KG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: BACHMUHLE 2 74673 MULFINGEN ALEMANIA.

Inventor/es: Wystup,Ralph, König,Daniel.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA... > Detalles de aparatos para transformación > H02M1/14 (Disposiciones de reducción de ondulaciones de una entrada o de una salida en corriente continua)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES... > Disposiciones para controlar los motores sincronos... > H02P6/16 (Disposiciones de circuito para detectar la posición)
  • 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... > H02P27/08 (con modulación del ancho de pulso)

PDF original: ES-2472945_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y sistema de control para controlar un motor eléctrico sin escobilla La presente invención se refiere en primer lugar de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 a un procedimiento para el control de un motor eléctrico sin escobilla conmutado electrónicamente, rectificándose una tensión alterna de red trifásica a una tensión continua de circuito intermedio y suministrándose esta tensión continua a través de un circuito intermedio delgado a un inversor que a través de un control de motor para la conmutación del motor eléctrico y para el ajuste del número de revoluciones del motor se puede controlar con un ciclo de trabajo variable, de tal manera que gracias a una determinada temporización de tensión variable a través del ciclo de trabajo se forman corrientes de motor casi sinusoidales, estando configurado el circuito intermedio delgado sin condensador de aplanamiento o al menos sin condensador electrolítico con al menos un condensador de hojas y, por tanto, con una impedancia de circuito intermedio correspondientemente reducida, en particular una capacitancia reducida de circuito intermedio, de tal manera que la tensión continua de circuito intermedio está afectada por una magnitud

perturbadora periódica, influyéndose para la compensación de la magnitud perturbadora en el ciclo de trabajo con un factor de compensación, de tal manera que en el circuito intermedio el producto de tensión continua de circuito intermedio y una corriente de circuito intermedio resultante se mantiene constante a lo largo de la evolución en el tiempo.

Además, la invención se refiere también a un sistema de control correspondiente, que trabaja según el procedimiento de acuerdo con la invención, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 6.

En caso de motores eléctricos sin escobilla conmutados electrónicamente, los denominados motores EC, es sabido cómo generar a partir de una tensión continua de circuito intermedio a través de un inversor controlado por PWM 25 (PWM = pulse width modulation = modulación de duración de impulsos) tensiones entre fases para arrollamientos de fases del motor, pudiéndose ajustar a través de una variación de las proporciones de ciclo, es decir, del denominado ciclo de trabajo del control de PWM también el número de revoluciones del motor. Habitualmente, la tensión continua de circuito intermedio se crea mediante rectificación de una tensión alterna de red monofásica o, en particular, trifásica, generándose a través de un rectificador en puente no controlado en primer lugar una tensión continua en impulsos muy ondulada. En el caso de una tensión de red trifásica con la frecuencia habitual de 50 Hz, la tensión rectificada tiene impulsos con una frecuencia de impulsos de 300 Hz. Por tanto, en realidad se requiere un aplanamiento a través de al menos un condensador de aplanamiento y, dado el caso, una inductancia de filtro adicional. Debido a la capacitancia relativamente grande, necesaria en realidad para esto, del condensador de aplanamiento, normalmente se emplean condensadores electrolíticos (elcos) , pero los mismos en el empleo práctico tienen algunas desventajas y, de hecho, en particular un gran volumen constructivo y una reducida vida útil.

Por tanto, actualmente existe la tendencia de prescindir por completo de condensadores de aplanamiento o al menos de condensadores electrolíticos, empleándose en el segundo caso condensadores de hojas de mayor vida útil con menor capacitancia. En este caso se habla de un "circuito intermedio delgado". Pero a este respecto aparece la desventaja de que la ondulación residual se transmite como magnitud perturbadora al par del motor. Un par por impulsos o una ondulación de par, sin embargo, conduce a una intensa formación de ruidos que puede ser muy molesta en particular en caso de accionamientos de ventilador.

Por tanto, se sabe cómo prever una compensación de magnitud perturbadora, invirtiéndose la magnitud

perturbadora e influyéndose en el ciclo de trabajo con un factor de compensación, de tal manera que en el circuito intermedio el producto de tensión continua de circuito intermedio y una corriente de circuito intermedio resultante a través del inversor se mantiene constante a lo largo de la evolución en el tiempo. Esta compensación de la tensión continua de circuito intermedio ondulada causa, por tanto, un consumo constante de potencia del motor eléctrico. La función inversa de la tensión continua de circuito intermedio se superpone al ciclo de trabajo del motor. Para esto, con una tensión continua de circuito intermedio respectivamente decreciente/creciente, el ciclo de trabajo del motor se amplía/reduce de tal manera que el producto de corriente de circuito intermedio y tensión continua de circuito intermedio permanece constante. Esto significa también que con una tensión continua de circuito intermedio respectivamente decreciente, la corriente de circuito intermedio tiene que aumentar.

En el documento EP 2 164 164 A1 en un sistema de control correspondiente para el control de un motor eléctrico sin escobilla está previsto un tipo particular de compensación de magnitud perturbadora y, en concreto, se trata de una compensación de magnitud perturbadora optimizada dinámicamente. A este respecto, durante el funcionamiento mediante supervisión del par actual se registra el efecto de la respectiva compensación de magnitud perturbadora sobre el par actual y se optimiza periódicamente mediante variación de la magnitud de compensación o del factor de compensación para minimizar la ondulación del par y, por ello, también la generación de ruidos.

Durante el empleo práctico, una compensación de magnitud perturbadora junto con un circuito intermedio delgado puede conducir a la desventaja de que aparezcan sobretensiones inadmisibles en el circuito intermedio. Ya que por norma general los inversores están equipados con una desconexión de sobretensión para proteger los componentes 65 electrónicos frente a tensiones inadmisiblemente altas, esto puede conducir a desconexiones indeseadas del

funcionamiento del motor. Esto puede conducir en caso de accionamientos relevantes para la seguridad, tales como accionamientos de ventilador, a otros daños secundarios por sobrecalentamiento de un equipo a refrigerar.

La presente invención se basa en el objetivo de indicar un procedimiento del tipo que se ha descrito al principio y de crear un sistema de control correspondiente para ampliar el intervalo de funcionamiento del motor eléctrico, de tal manera que se pueda mantener el funcionamiento también a lo largo de intervalos de trabajo por lo demás vulnerables a perturbaciones. De acuerdo con la invención, esto se consigue por un lado mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1 y, por otro lado, mediante un sistema de control de acuerdo con la reivindicación 6. En las reivindicaciones dependientes están contenidas configuraciones ventajosas.

La invención se basa en los siguientes conocimientos. Debido a la compensación de magnitud perturbadora que se ha explicado anteriormente, con una tensión continua de circuito intermedio respectivamente decreciente, la corriente del circuito intermedio respectivamente tiene que aumentar. Por ello se genera una corriente por impulsos, lo que causa, en particular con un funcionamiento en una red de alta impedancia, en particular de alta inductancia,

una excitación de la tensión de red y, por tanto, también de la tensión continua de circuito intermedio rectificada en el circuito intermedio. Con una tensión pequeña fluye una gran corriente y la tensión decreciente por ello a través de la inductancia de red reduce, por tanto, la tensión existente en el consumidor. Si la tensión de red aumenta, se reduce... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para el control de un motor eléctrico (M) sin escobilla conmutado electrónicamente, rectificándose una tensión alterna de red (UN) trifásica a una tensión continua de circuito intermedio (UZK) y suministrándose esta 5 tensión continua (UZK) a través de un circuito intermedio delgado (6) a un inversor (2) que a través de un control de motor (10) para la temporización de PWM con el fin de la conmutación del motor eléctrico (M) y el ajuste del número de revoluciones del motor se puede controlar con un ciclo de trabajo (A) variable, estando configurado el circuito intermedio delgado sin condensador de aplanamiento o al menos sin condensador electrolítico, de tal manera que la tensión continua de circuito intermedio (UZK) está afectada por una magnitud perturbadora periódica, influyéndose para la compensación de la magnitud perturbadora en el ciclo de trabajo (A) con un factor de compensación (k) de tal manera que en el circuito intermedio (6) el producto de tensión continua de circuito intermedio (UZK) y una corriente de circuito intermedio (IZK) resultante se mantiene constante, caracterizado por que la tensión continua de circuito intermedio (UZK) se supervisa en relación con la magnitud de una parte alterna (UZKca) , cambiándose en el caso de alcanzar o superar un primer valor límite (UZKca-máx1) predefinido de la parte alterna (UZKca) de una tensión continua de circuito intermedio medida actualmente (UZK.act.med) el factor de compensación (k) mediante un regulador

(20) para la reducción de la compensación de magnitud perturbadora hasta que la parte alterna actual (UZKca) disminuya de nuevo a o por debajo del valor límite (UZKca.máx1) , calculándose el factor de compensación (k) dependiendo de la tensión continua de circuito intermedio medida actualmente (UZK.act.med) , de un valor medio de las tensiones continuas de circuito intermedio medidas actualmente (UZK.medi.med) y un factor de escala (Sk) .

2. Procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1, caracterizado por que la tensión alterna de red (UN) se rectifica hasta dar una tensión continua de medición (UZK') adicional, correspondiente o proporcional a la tensión continua de circuito intermedio (UZK) , supervisándose esta tensión continua de medición (UZK') en relación con la magnitud de una parte alterna (UZKca) , cambiándose en el caso de alcanzar o superar un primer valor límite (UZKca.máx1) predefinido de la parte alterna (UZKca) el factor de compensación (k) para la reducción de la compensación de magnitud perturbadora hasta que la parte alterna actual (UZKca) descienda de nuevo a o por debajo del valor límite (UZKca.máx1) .

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que en el caso de que la parte alterna actual (UZKca) no descienda a o por debajo del primer valor límite (UZKca.máx1) , sino que alcanza o supera un segundo valor límite (UZKca.máx2) predefinido mayor de la parte alterna (UZKca) de la tensión continua de circuito intermedio (UZK) o de la tensión continua de medición (UZK') , se cambia el ciclo de trabajo (A) para la reducción de la potencia del motor.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que con una aparición de picos de tensión definidos como inadmisiblemente altos de la tensión continua de circuito intermedio (UZK) o de la tensión continua de medición (UZK') se desconecta el funcionamiento del motor eléctrico (M) .

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la compensación de magnitud perturbadora se optimiza dinámicamente para la minimización de la ondulación del par del motor eléctrico (M) mediante una regulación.

6. Sistema de control para un motor eléctrico (M) sin escobilla conmutado electrónicamente con aplicación del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, con un rectificador de red (4) que rectifica 45 una tensión alterna de red (UN) trifásica en una tensión continua de circuito intermedio (UZK) y con un inversor (2) pospuesto a través de un circuito intermedio delgado (6) configurado sin condensador de aplanamiento o al menos sin condensador electrolítico que para la conmutación del motor eléctrico (M) y para el ajuste del número de revoluciones se puede controlar a través de un control de motor (10) para la temporización de tensión de PWM con un ciclo de trabajo (A) variable así como con un equipo para la compensación de magnitud perturbadora en relación con la tensión continua de circuito intermedio (UZK) afectada por una magnitud perturbadora periódica, pudiéndose influir en el ciclo de trabajo (A) con un factor de compensación (k) de tal manera que en el circuito intermedio (6) el producto de la tensión continua de circuito intermedio (UZK) y una corriente de circuito intermedio (IZK) resultante se mantiene constante, caracterizado por un primer circuito de regulación con un regulador (20) que compara la magnitud de una parte alterna (UZKca) de la tensión continua de circuito intermedio (UZK) con un primer valor límite 55 (UZKca.máx1) predefinido, reduciéndose al alcanzar o superar el primer valor límite (UZKca.máx1) de la parte alterna (UZKca) de una tensión continua de circuito intermedio medida actualmente (UZK.act.med) por cambio del factor de compensación (k) mediante el regulador (20) la compensación de magnitud perturbadora, hasta que la parte alterna actual (UZKca) disminuya de nuevo a o por debajo del primer valor límite, calculándose el factor de compensación (k) dependiendo de la tensión continua de circuito intermedio medida actualmente (UZK.act.med) , de un valor medio de las tensiones continuas de circuito intermedio medidas actualmente (UZK.medi.med) y un factor de escala (Sk) .

7. Sistema de control de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 6, caracterizado por un rectificador de red (4a) adicional que rectifica la tensión alterna de red (UN) en una tensión continua de medición (UZK') independiente y por un circuito de regulación con un regulador (20) que compara la magnitud de una parte alterna (UZKca) de la 65 tensión continua de medición (UZK') con un primer valor límite (UZKca.máx1) predefinido, reduciéndose al alcanzar o superar el primer valor límite por cambio del factor de compensación (k) la compensación de magnitud perturbadora hasta que la parte alterna actual (UZKca) disminuya de nuevo a o por debajo del primer valor límite.

8. Sistema de control de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, caracterizado por un segundo circuito de regulación con un regulador (28) que compara la magnitud de la parte alterna (UZKca) de la tensión continua de circuito intermedio (UZK) o de la tensión continua de medición (UZK') con un segundo valor límite (UZKca.máx2) predefinido mayor, realizándose al alcanzar o superar el segundo valor límite por cambio del ciclo de trabajo (A) una reducción de la potencia del motor.

9. Sistema de control de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por que el/cada regulador (20, 28) está configurado como regulador PI.

10. Sistema de control de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado por una regulación para la minimización de la ondulación del par del motor eléctrico (M) mediante una optimización dinámica de la 15 compensación de magnitud perturbadora.