ACCIONAMIENTO ELÉCTRICO.

Accionamiento eléctrico que comprende: **Fórmula** - un motor sin escobillas (2) y un puente de alimentación (3) para alimentar el motor (2),

cada bobinado de fase del motor teniendo una resistencia (Rs) y una inductancia síncrona (Ls), el accionamiento estando caracterizado por el hecho que comprende: - un primer circuito (6) para detectar el cruce por cero de la fuerza contraelectromotriz (Es) inducida en los bobinados del estator por la rotación del rotor, - un segundo circuito etapa de detección (27) para detectar la corriente de fase pico que circula por los bobinados del motor, y - un tercer circuito para controlar el puente de alimentación (3); el primer circuito (6) comprendiendo un elemento inductivo y resistivo (9) que es una representación analógica de la impedancia eléctrica del bobinado de fase, dicho elemento inductivo y resistivo (9) estando conectado en serie con un bobinado de fase del motor (2) y teniendo valores descendentes, de conformidad con un coeficiente de atenuación (α) de la impedancia resistiva e inductiva de un bobinado de fase del motor (2), el primer circuito comprendiendo, además, un circuito (12) que se compone de tres resistores conectados en estrella, o sea el primero (13), el segundo (14) y el tercero (15), respectivamente evaluados **Fórmula** ", "R", "R", siendo "αo coeficiente de atenuación, **Fórmula** medir la tensión aplicada a dicho bobinado de fase, la salida del circuito (6) siendo una señal de f.c.e.m. atenuada: **Fórmula** el tercer circuito comprendiendo un controlador (26) en comunicación con el primer circuito (6) que proporciona el cruce por cero de la fuerza contraelectromotriz y con el segundo circuito (27) que proporciona la corriente de fase pico que circula por los bobinados del motor, dicho tercer circuito aplicando un ángulo de avance (δ) la tensión de alimentación del motor (Vs) y la fuerza contraelectromotriz inducida (Es), dicho ángulo de avance (δ) una función lineal predeterminada del valor de pico de la corriente de fase (Is) según la ecuación: **Fórmula** donde "Ls" es la inductancia síncrona del motor (2) medida en Henrios, "p" es la cantidad de polos del motor y "KE" es la fuerza contraelectromotriz constante medida en V/rpm

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2008/002372.

Solicitante: SPAL AUTOMOTIVE S.R.L..

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: VIA PER CARPI, 26/B 42015 CORREGGIO (REGGIO EMILIA) ITALIA.

Inventor/es: DE FILIPPIS, PIETRO.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 9 de Septiembre de 2008.

Clasificación PCT:

  • G01R15/18 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 15/00 Detalles de dispositivos para proceder a las medidas de tipos previstos en los grupos G01R 17/00 - G01R 29/00, G01R 33/00 - G01R 33/26 o G01R 35/00. › que utilizan dispositivos inductivos, p. ej. transformadores.
  • H02P6/06 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE.H02P 6/00 Disposiciones para controlar los motores sincronos u otros motores dinamoeléctricos con conmutadores electrónicos en función de la posición del rotor; Conmutadores electrónicos a este fin (control vectorial H02P 21/00). › Disposiciones para la regulación de la velocidad de un solo motor en el que la velocidad del motor es medida y comparada con un valor físico dado para ajustar la velocidad del motor.
  • H02P6/08 H02P 6/00 […] › Disposiciones para el control de la velocidad o el par de un solo motor.
  • H02P6/18 H02P 6/00 […] › sin elemento separado para detectar la posición, p. ej. utilizando la fuerza contra-electromotriz de los arrollamientos.
  • H02P6/20 H02P 6/00 […] › Disposiciones para la puesta en marcha (H02P 6/08, H02P 6/22 tiene prioridad).

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.

PDF original: ES-2365493_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

La presente invención se refiere a un accionamiento eléctrico para un motor sin escobillas con imanes permanentes y a un método para controlar dicho accionamiento. A título ejemplificador y no limitativo, este documento describe un accionamiento que comprende un motor trifásico sin escobillas con imanes permanentes que genera una fuerza contraelectromotriz de onda sinusoidal (f.c.e.m. = fuerza contraelectromotriz) para el accionamiento de rotores axiales, radiales y otros tipos empleados en ventiladores eléctricos. En consideración del hecho que el campo de aplicación de estos ventiladores eléctricos es el de sistemas de climatización y enfriamiento a instalar en autovehículos, cabe observar que los objetivos principales en el desarrollo de ventiladores eléctricos para tal cometido son: bajo nivel de ruido acústico, reducido consumo de energía y costos reducidos. Esos requisitos han llevado a la adopción de motores sin escobillas de f.c.e.m. de onda sinusoidal (motores sin escobilla de corriente alternada) accionados mediante un inversor en condiciones de generar corrientes sinusoidales y convertir en obsoleto el uso de motores de f.c.e.m. trapezoidal accionados mediante modulación por ancho de pulso de seis etapas (más comúnmente conocidos como motores sin escobillas de corriente continua). La forma de onda sinusoidal de la f.c.e.m. y de la respectiva corriente de fase minimiza la fluctuación del par de torsión activo (virtualmente cero), reduciendo así las vibraciones mecánicas y el ruido acústico. También se sabe que es posible minimizar el consumo de corriente para generar un determinado par de torsión, maximizando así la eficiencia de conversión electromecánica a través de un óptimo accionamiento de motores sin escobillas de corriente alternada que normalmente vienen accionados por inversores de tensión aplicada, controlados por corriente. Para obtener este tipo de accionamiento, los interruptores estáticos deben cambiar estado de manera que el eje polar del campo magnético del rotor quede a 90 grados eléctricos con respecto al eje polar del campo magnético generado por la circulación de corriente en los bobinados del estator, cualquiera sea el par de torsión entregado y la velocidad de rotación. Para obtener información acerca de la posición angular del rotor, normalmente se emplean dispositivos relativamente caros, que incluyen codificadores absolutos o sensores de efecto Hall, solidarios con el estator y adecuadamente dispuestos angularmente, para detectar la forma de onda sinusoidal del campo magnético de excitación a lo largo de la periferia del rotor. Posteriormente las señales de salida generadas por los sensores vienen apropiadamente decodificadas para accionar los interruptores estáticos de modo de mantener la separación angular de 90 grados eléctricos entre los campos magnéticos del rotor y del estator. Este tipo de accionamiento exige el uso de los sensores de posición mencionados arriba, cuyo costo es relativamente alto. Con la intención de reducir el costo de los accionamientos, se han desarrollado estrategias de accionamiento que no emplean sensores de este tipo. Estas estrategias de accionamiento están basadas en la consideración que si el accionamiento es óptimo, la f.c.e.m. y la corriente de fase están en fase y viceversa en correspondencia de cada punto del campo operativo (par de torsión, velocidad de rotación, tensión de alimentación de corriente continua). Por consiguiente, estas estrategias de accionamiento y los accionamientos, que se conocen como sensorless o sin sensores, se basan en la lectura de magnitudes eléctricas (por ejemplo tensión en los terminales del motor o circulación de corriente en los bobinados del motor) para detectar los puntos donde la f.c.e.m. y la corriente pasa por cero (cruce por cero), calcular la respectiva fase entre f.c.e.m. y la corriente e implementar apropiados métodos de accionamiento de los interruptores estáticos del inversor que tiendan a mantener las dos magnitudes en fase. Una desventaja de tales métodos reside en el hecho que para detectar el cruce por cero de la f.c.e.m., es decir para leer el signo de la f.c.e.m., la corriente que fluye a través de los bobinados debe permanecer en cero por un lapso de tiempo suficiente para poder tomar la lectura, lo cual discrepa con la deseada forma de onda sinusoidal de la corriente. Para que el desvío con respecto a la condición ideal tenga efectos despreciables, la duración del intervalo de tiempo durante el cual la corriente se queda en cero debe ser reducida al mínimo y, para eliminar la distorsión inducida por la interrupción de corriente de fase controlada, de todos modos breve, y los riesgos de no leer la señal deseada, se han introducido sofisticados algoritmos para calcular en tiempo real la posición angular del rotor; en la práctica, esos 2 algoritmos son parte integrante de controles de campo orientado (FOC en la jerga del sector) y requieren el uso de caros y sofisticados controladores con elevada capacidad de procesamiento (conocidos, en la jerga del sector, como controladores DSP o controladores de señales digitales). Por tales motivos, el documento JP 2006115678 propone el uso de resistores en derivación de bajo costo en el inversor de la fuente de tensión que alimenta al motor sin escobillas de corriente continua con corrientes de fase sinusoidal, o un resistor en derivación en el enlace de corriente continua, que obtiene los cruces por cero de las corrientes de fase a partir de la forma de onda de la envolvente de la corriente de fase para determinar la posición del rotor sin sensores de posición, y corregir las corrientes de fase usando la envolvente de las corrientes de fase y su desplazamiento promedio. En este contexto, el cometido principal de la presente invención es el de proponer un accionamiento eléctrico que no presente las desventajas mencionadas arriba. Un objetivo de la presente invención es el de proponer un accionamiento de bajo nivel de ruido y de bajo consumo de energía. Otro objetivo de la presente invención es el de proporcionar un accionamiento eléctrico basado en una arquitectura de control sencilla y económica. El cometido técnico señalado y los objetivos especificados se logran substancialmente mediante un accionamiento eléctrico con las características descritas en la reivindicación 1 y en una o varias de las reivindicaciones dependientes. Otras ventajas y características de la presente invención se pondrán aún más de manifiesto en la descripción que sigue, con referencia a una realización preferente y no limitativa de un accionamiento eléctrico para motores sin escobillas con imanes permanentes, como está ilustrada en los dibujos anexos, en los cuales: - la figura 1 muestra un diagrama de principio del accionamiento del motor eléctrico sin escobillas según la presente invención; - la figura 2 exhibe un circuito equivalente de una fase de un motor sin escobillas de corriente alternada; - la figura 3 exhibe un diagrama vectorial del circuito de la figura 2; - la figura 4 exhibe un diagrama vectorial que representa el funcionamiento ideal del circuito de la figura 2; - la figura 5 es un diagrama que muestra un ejemplo de una porción del accionamiento según la presente invención; - la figura 6 muestra un diagrama circuital de un primer detalle del accionamiento de la figura 1; - la figura 7 muestra un diagrama circuital de un segundo detalle del accionamiento de la figura 1; - la figura 8 exhibe un procedimiento para controlar el accionamiento de la figura 1 hasta alcanzar las condiciones ideales de funcionamiento; - la figura 9 es un diagrama que muestra la tensión aplicada al motor sin escobillas; - la figura 10 muestra el diagrama de la figura 9 en una determinada condición de funcionamiento. Con referencia a los dibujos anexos y en particular con referencia a la figura 1, el número 1 denota un accionamiento eléctrico según la presente invención. Esta invención se basa en el principio de obtener información, permanentemente, a partir de la cual conseguir los valores de tensión de alimentación para optimizar el control del motor alimentado por el accionamiento eléctrico. El accionamiento (1) comprende un motor eléctrico (2), por ejemplo para propulsar un ventilador no exhibido. Como se aclarará en lo que sigue de esta descripción, el cometido del accionamiento (1) es el de obtener información correspondiente a la posición del rotor del motor (2) detectando el cruce por cero de la fuerza contraelectromotriz (también designada con su forma abreviada f.c.e.m.) de manera sencilla y económica. A título ejemplificador, por ende sin limitar el alcance de la presente invención, este documento se refiere a un motor (2) sin escobillas con imanes permanentes con rotor bipolar isotrópico y bobinado de estator trifásico. El bobinado del estator comprende tres bobinados... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

- un motor sin escobillas (2) y un puente de alimentación (3) para alimentar el motor (2), cada bobinado de fase del motor teniendo una resistencia (Rs) y una inductancia síncrona (Ls), el accionamiento estando caracterizado por el hecho que comprende: - un primer circuito (6) para detectar el cruce por cero de la fuerza contraelectromotriz (Es) inducida en los bobinados del estator por la rotación del rotor, - un segundo circuito etapa de detección (27) para detectar la corriente de fase pico que circula por los bobinados del motor, y - un tercer circuito para controlar el puente de alimentación (3); el primer circuito (6) comprendiendo un elemento inductivo y resistivo (9) que es una representación analógica de la impedancia eléctrica del bobinado de fase, dicho elemento inductivo y resistivo (9) estando conectado en serie con un bobinado de fase del motor (2) y teniendo valores descendentes, de conformidad con un coeficiente de atenuación (), de la impedancia resistiva e inductiva de un bobinado de fase del motor (2), el primer circuito comprendiendo, además, un circuito (12) que se compone de tres resistores conectados en estrella, o sea el primero (13), el segundo (14) y el tercero (15), respectivamente evaluados R R , R, R, siendo dicho coeficiente de atenuación, para 3 2 medir la tensión aplicada a dicho bobinado de fase, la salida del circuito (6) siendo una señal de f.c.e.m. atenuada: e v R i L S S S S S diS ; dt el tercer circuito comprendiendo un controlador (26) en comunicación con el primer circuito (6) que proporciona el cruce por cero de la fuerza contraelectromotriz y con el segundo circuito (27) que proporciona la corriente de fase pico que circula por los bobinados del motor, dicho tercer circuito aplicando un ángulo de avance () entre la tensión de alimentación del motor (Vs) y la fuerza contraelectromotriz inducida (Es), dicho ángulo de avance () siendo una función lineal predeterminada del valor de pico de la corriente de fase (Is) según la ecuación: Ls p I S 60 K E donde Ls es la inductancia síncrona del motor (2) medida en Henrios, "p es la cantidad de polos del motor y KE es la fuerza contraelectromotriz constante medida en V/rpm. 2.- Accionamiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que el elemento inductivo y resistivo (9) comprende un primer y un segundo inductor (Li1 y Li2), acoplados mutuamente y que tienen una inductancia mutua (M), dicho coeficiente de atenuación () siendo definido como una relación de la resistencia (Ri1) del primer inductor (Li1) con respecto a la resistencia de fase (Rs) del motor (2) y como la relación del valor inductivo total (Li1+M) con respecto a la inductancia síncrona (Ls) del motor (2), es decir: Ri1 LM i1 . R S 3.- Accionamiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho que el primer y el segundo inductor (Li1 y Li2) están conectados mutuamente para formar un autotransformador (9a), dicho primer y segundo inductor (Li1 y Li2) estando bobinados alrededor de un núcleo magnético (60). 4.- Accionamiento según una cualquiera de las precedentes reivindicación 2 o 3, caracterizado por el hecho que el segundo inductor (Li2) tiene una cantidad de espiras (N2) mayor que la cantidad de espiras (N1) del primer inductor (Li1). 5.- Accionamiento según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones de 2 a 4, caracterizado por el hecho que la cantidad de espiras (N2) del segundo inductor (Li2) es el producto de la cantidad de espiras (N1) del primer inductor (Li1) por la diferencia entre la relación de la inductancia síncrona (Ls) del motor (2) multiplicada por el coeficiente de atenuación () y el valor de inductancia (Li1) del primer inductor (Li1) y uno, es decir: L S L S N 2 N1 1 . Li1 11 ES 2 365 493 T3 12 ES 2 365 493 T3 13 ES 2 365 493 T3 14 ES 2 365 493 T3 ES 2 365 493 T3 16

 

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