PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA REGULACION DE UNA MAQUINA ELECTRICA.
Procedimiento para la regulación de una máquina eléctrica (10) con,
al menos, tres fases (A, B, C) y con una etapa final de potencia (20) para la activación de las, al menos, tres fases (A, B, C), con lo que para el control de la etapa final de potencia (20) se ajustan los factores de duración de señales de modulación de la duración de pulsos (Ua'', Ub'', Uc''), con lo que se verifican los factores de duración nominales para las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua'', Ub'', Uc''), con lo que para la adaptación de los factores de duración de las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua'', Ub'', Uc'') se calculan nuevas señales de modulación de la duración de pulsos (Ua'''', Ub'''', Uc'''') y se emiten como señales de activación (Ua'''''', Ub'''''', Uc'''''') cuando el factor de duración nominal de una de las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua'', Ub'', Uc'') no supera un valor mínimo predeterminado (PWM_mín), y con lo que las señales de modulación de la duración de pulsos originales (Ua'', Ub'', Uc'') se emiten como señales de activación (Ua'''''', Ub'''''', Uc'''''') cuando todos los factores de duración nominales de las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua'', Ub'', Uc'') son mayores o iguales al valor mínimo predeterminado (PWM_mín), caracterizado porque para todos los tipos de modulación en los que se modifican todos los factores de duración de las tres señales de modulación de la duración de pulsos (Ua'', Ub'', Uc''), para la determinación de la señal de modulación de la duración de pulsos (Ua'', Ub'', Uc'') con el menor factor de duración se disponen las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua'', Ub'', Uc'') de acuerdo al tamaño de su factor de duración y de acuerdo al orden de disposición se reconocen diferentes estados válidos (tab1 hasta tab6)
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E06116142.
Solicitante: ROBERT BOSCH GMBH.
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: C/IPE POSTFACH 30 02 20,70442 STUTTGART.
Inventor/es: SUTTER, JOERG, SCHMITT,GILLES, FREY,HEIKO, JAERVELAEINEN,TERO.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 27 de Junio de 2006.
Fecha Concesión Europea: 24 de Marzo de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H02M7/5387C3
- H02P27/06 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELÉCTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE. › H02P 27/00 Disposiciones o métodos para el control de motores de corriente alterna caracterizados por la clase de voltaje de alimentación (de dos o más motores H02P 5/00; de motores síncronos con conmutadores electrónicos H02P 6/00; de motores de corriente continua H02P 7/00; de motores paso a paso H02P 8/00). › utilizando inversores o convertidores CC-CA (H02P 27/05 tiene prioridad).
Clasificación PCT:
- H02M7/515 H02 […] › H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformadores H01F; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P). › H02M 7/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente alterna en una potencia de salida en corriente continua; Transformación de una potencia de entrada en corriente continua en una potencia de salida en corriente alterna. › utilizando solamente dispositivos semiconductores.
- H02M7/527 H02M 7/00 […] › por modulación de impulsos en duración.
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.
Fragmento de la descripción:
Procedimiento y dispositivo para la regulación de una máquina eléctrica.
La presente invención hace referencia a un procedimiento así como a un dispositivo para la regulación de una máquina eléctrica conforme al tipo de las reivindicaciones independientes 1 y 9. Diseños ventajosos son objeto de las reivindicaciones secundarias referidas a las mismas.
Estado actual del arte
Para el manejo de máquinas eléctricas de fases múltiples se utilizan a menudo elementos de activación en conexión de semipuente. Estas son activadas con una señal modulada en el ancho del pulso para conducir así una tensión media en el rango entre una tensión de alimentación negativa y una tensión de alimentación positiva hacia los bornes de la máquina. En el caso de un motor de tres fases accionado en conexión en estrella, la tensión U_estrella resulta en el punto neutro conforme a U_estrella = 1/3*(U_borne1 + U_borne2 + U_borne3).
Normalmente se exige una tensión sinusoidal a través de una fase (U_fase = U_borne - U_estrella). Para lograr aquí un mayor aprovechamiento del ondulador se utiliza una, así llamada, modulación vectorial (Space-Vector-Modulation, SVM). En este caso, la tensión de bornes sinusoidal U_borne es superpuesta con una tensión en triángulo de la frecuencia triple. Se diferencian dos tipos de SVM.
En el caso de una SVM de dos fases se modifican siempre dos tensiones y la tercera tensión permanece fija en 0V por un periodo predeterminado o en el nivel de la tensión de alimentación U_batería. La regla para el cálculo para generar las tensiones o los factores de duración es (una tensión siempre debe permanecer en 0V) es:
donde es válido: Umín = mín(Ua, Ub, Uc).
En el caso de una SVM de tres fases las tres tensiones son superpuestas con una tensión en triángulo. La regla para el cálculo para la generación de las tensiones o de los factores de duración es:
donde es válido Umín = mín (Ua, Ub, Uc) y Umáx = máx (Ua, Ub, Uc).
Otro procedimiento para aumentar el aprovechamiento de los onduladores es la superposición de las tensiones sinusoidales con la tercera onda armónica. La regla para el cálculo para la generación de las tensiones o de los factores de duración es:
donde es válido: Uow = 2 * Ua * Ub * Uc (El cálculo del factor "2" depende de la aplicación).
La tensión en estrella resultante a través de los dos últimos procedimientos descritos no es constante. Por ello se presenta la ventaja, de que se pueden generar tensiones entre fases que pueden ser hasta un 15,5% mayor que la media tensión de la batería. Resulta entonces un mayor aprovechamiento del ondulador.
La modulación vectorial mencionada así como la modulación con la tercera armónica sumada se describen, por ejemplo, en el informe técnico "PSpice-Simulation einer stromgeregelten, permanentmagneterregten Synchronmaschine" (Simulación Pspice de una máquina sincrónica de corriente regulada y excitada por un imán permanente) (Dr.-Ing. J. Poschadel, Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen, Technische Universität Braunschweig, agosto de 1999).
De la JP 581148674 se conoce además un dispositivo en el que un motor es activado mediante señales moduladas en la duración del pulso, a través de un inversor compuesto por GTOs y conectado a una red de tensión continua. Las señales de activación de los GTOs no presentan una duración de pulsos que sea menor a una duración de pulso mínima admitida. A tal fin se determina el tiempo de retardo de un circuito de retardo para garantizar un funcionamiento, en lo posible, eficiente.
Ventajas de la invención
Para un procedimiento para la regulación de una máquina eléctrica con, al menos, tres fases y con una etapa final de potencia para la activación de las, al menos, tres fases, con lo que para el control de la etapa final de potencia se ajustan factores de duración de señales de modulación de la duración de pulsos, con lo que se verifican los factores de duración nominales para las señales de modulación de la duración de pulsos, con lo que para la adaptación de los factores de duración de las señales de modulación de la duración de pulsos se calculan nuevas señales de modulación de la duración de pulsos y se emiten como señales de activación cuando el factor de duración nominal de una de las señales de modulación de la duración de pulsos no supera un valor mínimo predeterminado, y con lo que las señales de modulación de la duración de pulsos originales son emitidas como señales de activación cuando todos los factores de duración nominales de las señales de modulación de la duración de pulsos son mayores o iguales al valor mínimo predeterminado (PWM_mín), conforme a la invención se propone para la determinación de la señal de modulación de la duración de pulsos Ua', Ub', Uc' con el menor factor de duración, para todos los tipos de modulación en los que se modifican todos los factores de duración de las tres señales de modulación de la duración de pulsos, por ejemplo para la modulación sinusoidal, la modulación vectorial de tres fases y la modulación sinusoidal con la tercera armónica, disponer las señales de modulación de la duración de pulsos Ua', Ub', Uc' de acuerdo al tamaño de su factor de duración y de acuerdo al orden de disposición reconocer diferentes estados válidos tab1 hasta tab6.
Si Ua'>Ub' y Ub'>Uc' y Ua'>Uc', entonces tab = 6
Si Ua'>Ub' y Ub'>Uc' y Ua'<Uc', entonces tab = inválido
Si Ua'>Ub' y Ub'<Uc' y Ua'>Uc', entonces tab = 5
Si Ua'>Ub' y Ub'<Uc' y Ua'<Uc', entonces tab = 4
Si Ua'<Ub' y Ub'>Uc' y Ua'>Uc', entonces tab = 3
Si Ua'<Ub' y Ub'>Uc' y Ua'<Uc', entonces tab = 2
Si Ua'<Ub' y Ub'<Uc' y Ua'>Uc', entonces tab = inválido
Si Ua'<Ub' y Ub'<Uc' y Ua'<Uc', entonces tab = 1.
De este modo, en forma ventajosa se puede evitar una generación de duraciones de pulsos muy breves que no pueden ser ejecutadas correctamente por los onduladores. El rango de factor de duración de las señales moduladas en la duración del impulso con los que puede ser activado un ondulador se encuentra normalmente entre el 4% y el 96%, con lo que la limitación inferior es predeterminada por el tiempo de conmutación mínimo de los disyuntores, y la limitación superior es predeterminada por el excitador de puenteo, normalmente con una frecuencia de 20 kHz. El procedimiento posibilita además, de forma ventajosa, una generación segura de pequeñas tensiones de fase con grandes tensiones de bornes en lugar de pequeñas tensiones de bornes, por lo que se evita el rango límite inferior que se encuentra predeterminado por los tiempos de conmutación de los disyuntores. De esta manera, el rango de factor de duración efectivo puede ser aumentado del 0% hasta el 96%.
Para la adaptación de los factores de duración de las señales de modulación de la duración de pulsos, de forma ventajosa se eleva un factor de duración de una de las señales de modulación de la duración de pulsos en un valor predeterminado cuando el factor de duración nominal de una de las señales de modulación de la duración de pulsos no supera el valor mínimo predeterminado, con lo que la elevación del factor de duración es compensada simultáneamente por un desplazamiento de las señales de modulación de la duración de pulsos restantes. Con la elevación del factor de duración y la compensación simultánea de este desplazamiento mediante los otros factores de duración se puede aumentar de manera ventajosa el rango de factor de duración del 0% hasta el 96%.
El valor predeterminado para la elevación del factor de duración y/o el valor mínimo predeterminado se ajustan, por ejemplo, en el valor de la limitación inferior de, por ejemplo, el 4% que es predeterminado por los tiempos de conmutación finales de los disyuntores utilizados. De esta manera, el procedimiento conforme a la invención puede ser adecuado de forma ventajosa a diferentes formas de ejecución de la etapa final de potencia.
De acuerdo al estado reconocido...
Reivindicaciones:
1. Procedimiento para la regulación de una máquina eléctrica (10) con, al menos, tres fases (A, B, C) y con una etapa final de potencia (20) para la activación de las, al menos, tres fases (A, B, C), con lo que para el control de la etapa final de potencia (20) se ajustan los factores de duración de señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc'), con lo que se verifican los factores de duración nominales para las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc'), con lo que para la adaptación de los factores de duración de las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc') se calculan nuevas señales de modulación de la duración de pulsos (Ua'', Ub'', Uc'') y se emiten como señales de activación (Ua''', Ub''', Uc''') cuando el factor de duración nominal de una de las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc') no supera un valor mínimo predeterminado (PWM_mín), y con lo que las señales de modulación de la duración de pulsos originales (Ua', Ub', Uc') se emiten como señales de activación (Ua''', Ub''', Uc''') cuando todos los factores de duración nominales de las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc') son mayores o iguales al valor mínimo predeterminado (PWM_mín), caracterizado porque para todos los tipos de modulación en los que se modifican todos los factores de duración de las tres señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc'), para la determinación de la señal de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc') con el menor factor de duración se disponen las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc') de acuerdo al tamaño de su factor de duración y de acuerdo al orden de disposición se reconocen diferentes estados válidos (tab1 hasta tab6).
2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque para la adaptación de los factores de duración de las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc') se eleva un factor de duración de una de las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc') en un valor predeterminado (AW) cuando el factor de duración nominal de una de las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc') no supera el valor mínimo predeterminado (PWM_mín), con lo que la elevación del factor de duración es compensada simultáneamente por un desplazamiento de las señales de modulación de la duración de pulsos restantes (Ua', Ub', Uc').
3. Procedimiento conforme a la reivindicación 2, caracterizado porque el valor predeterminado (AW) para la elevación del factor de duración se ajusta en un valor de limitación predeterminado por los tiempos de conmutación finales de los disyuntores utilizados, preferentemente en un 4%.
4. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el valor mínimo predeterminado (PWM_mín) se ajusta en el valor limitador predeterminado por los tiempos de conmutación finales de los disyuntores utilizados, preferentemente en un 4%.
5. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque de acuerdo al estado reconocido (tab1 hasta tab6) se calcula una primera señal de modulación de la duración de pulsos (Ua'') mediante la regla de cálculo
6. Procedimiento conforme a la reivindicación 1 o 5, caracterizado porque de acuerdo al estado reconocido (tab1 hasta tab6) se calcula una segunda señal de modulación de la duración de pulsos (Ub'') mediante la regla de cálculo
7. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1, 5 o 6, caracterizado porque de acuerdo al estado reconocido (tab1 hasta tab6) se calcula una tercera señal de modulación de la duración de pulsos (Uc'') mediante la regla de cálculo
8. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque para todos los tipos de modulación en los que se modifican sólo los factores de duración de dos de las tres señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc') y el factor de duración de una tercera señal de las señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc') se ajusta en 0 o en 1 por un periodo determinado, las nuevas señales de modulación de la duración de pulsos (Ua'', Ub'', Uc'') se calculan de acuerdo a la regla de cálculo Ua'' = Ua' + AW, Ub'' = Ub' + AW, Uc'' = Uc' + AW.
9. Dispositivo para la regulación de una máquina eléctrica (10) con, al menos, tres fases (A, B, C), y que presenta:
caracterizado porque para todos los tipos de modulación en los que se modifican todos los factores de duración de las tres señales de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc'), la unidad de valoración y de control (3) para la determinación de la señal de modulación de la duración de pulsos (Ua', Ub', Uc') con el menor factor de duración
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