CONVERTIDOR DE FRECUENCIA PARA UN MEDIDOR DE RELUCTANCIA CONECTADO Y SISTEMA MECATRÓNICO.

Convertidor de frecuencia para un medidor de reluctancia conectado y sistema mecatrónico. La invención se refiere a un convertidor de frecuencia, que comprende un rectificador para generar o transformar una tensión alterna en el lado de la red (UN) en una tensión rectificada en un circuito intermediario, al menos un interruptor controlado para suministrar corriente al menos a un arrollamiento de fase de un motor eléctrico, que se alimenta desde el circuito 7 intermediario de tensión continua, de un diodo de marcha libre asignado al arrollamiento de fase para desacoplar la energía de conmutación y un almacenamiento temporal para almacenar energía de conmutación debido a procesos de recarga en el arrollamiento de fase. A los motores con conmutación electrónica o electromotores sin colector se les suministra a menudo corriente por medio de un convertidor de frecuencia, que comprende un rectificador y un condensador de filtro conectado aguas abajo para facilitar una tensión continua en el circuito intermediario de tensión continua conectado aguas abajo. El condensador está diseñado en cuanto a su capacidad y resistencia a tensiones eléctricas de tal manera que la tensión de circuito intermediario sea lo más constante posible, para alcanzar un buen rendimiento de potencia en el motor. En el circuito intermediario de tensión continua están dispuestos interruptores electrónicos, que controlan las fases individuales del arrollamiento del motor, para generar el campo alterno magnético en los polos del estator. Sólo el campo alterno o el campo giratorio pueden impulsar el rotor hasta el movimiento giratorio predeterminado. En este conjunto de circuitos, sin embargo, se retroalimenta una gran parte de los armónicos en la red de alimentación, que debido al acoplamiento de baja frecuencia a la frecuencia de la red de alimentación solamente pueden filtrarse con gran esfuerzo. Por el documento EP 1 219 012 B1 A se conoce un convertidor de frecuencia para accionar un motor de reluctancia conectado, que debido a su sencilla construcción es muy apreciado para electrodomésticos. El convertidor de frecuencia comprende en el circuito intermediario de tensión continua entre los polos un condensador, dimensionado de tal manera que la tensión rectificada se filtra sólo en parte a un nivel homogéneo. Mediante la filtración incompleta pueden reducirse considerablemente los costes de componentes, ya que los armónicos son esencialmente menores en el intervalo de frecuencia bajo de la frecuencia de red. No obstante, en este caso también tiene que tenerse en cuenta la tensión residual en el control de los interruptores para el suministro de corriente de los arrollamientos de fase. El convertidor de frecuencia comprende además una impedancia, que conjuntamente para todos los arrollamientos de fase facilita una retroalimentación de red, configurada para almacenar temporalmente una parte de la energía en los procesos de recarga en el interior de los arrollamientos de fase individuales en cada caso por poco tiempo, otra parte de la energía se autoalmacena temporalmente en el condensador de filtro. Puesto que el condensador de filtro está conectado entre los polos del circuito intermediario de tensión continua, éste debe estar dimensionado para la máxima tensión que se produzca, que se compone de la suma del valor máximo de la tensión de red y la parte de tensión de una bobina que se desmagnetiza al conmutar. El documento EP 0 802 623 A1 da a conocer un convertidor de frecuencia que se alimenta a través de una fuente de tensión continua, y al menos un interruptor controlado para suministrar corriente al menos a un arrollamiento de fase de un motor eléctrico. A cada arrollamiento de fase está asignado un diodo de marcha libre para el desacoplamiento de energía de conmutación, comprendiendo el convertidor además un almacenamiento temporal para almacenar energía debido a procesos de recarga en arrollamientos de fase individuales. En el caso del almacenamiento temporal se trata de un denominado almacenamiento auxiliar que sólo está previsto para el control de o el suministro de corriente a un arrollamiento de fase separado, adicional. Por el documento EP 0 738 035 A2 se conoce cómo configurar un convertidor de frecuencia sin condensador de filtro. En este sentido la energía se almacena temporalmente durante los procesos de recarga en un condensador, que está conectado entre el polo negativo conectado de la toma de fase y el polo negativo del circuito intermediario de tensión continua. También este condensador que opera como almacenamiento temporal debe dimensionarse para la tensión total del circuito intermediario, que se compone de la suma del valor máximo de la tensión de red y la parte de tensión de una bobina que se desmagnetiza al conmutar. Por el documento DE 44 06 546 B4 se conoce un convertidor de frecuencia para accionar un motor de reluctancia conectado, que comprende un circuito intermediario de tensión continua rectificado y casi totalmente filtrado. Una combinación de transformador y condensador forma el almacenamiento temporal común para la energía durante los procesos de recarga. En este sentido el transformador se temporiza por medio de un interruptor adicional, de manera que se facilita una transmisión óptima de la energía durante los procesos de recarga. Debido al transmisor adicional el convertidor de frecuencia es muy costoso. La invención se basa por tanto en el objetivo de facilitar un convertidor de frecuencia fiable para un motor de reluctancia conectado, de construcción más sencilla y económica. Este objetivo se soluciona mediante un convertidor de frecuencia con las características de la reivindicación 1 y mediante un sistema mecatrónico, compuesto por un motor de reluctancia conectado y un convertidor de frecuencia, 2   con las características de la reivindicación 10. Perfeccionamientos ventajosos se desprenden de las reivindicaciones dependientes respectivas. Las ventajas que pueden alcanzarse con la invención radican en que con pocos componentes se facilita un convertidor de frecuencia más fiable, potente y económico para suministrar corriente a un motor de reluctancia conectado. Para esto está previsto como almacenamiento temporal un condensador, que está conectado entre el polo positivo del circuito intermediario de tensión continua y la salida del diodo de marcha libre. Este condensador puede puentearse por medio de un interruptor adicional, para posibilitar por un lado el almacenamiento temporal de energía de conmutación en el condensador y por otro lado la facilitación de la energía de conmutación almacenada temporalmente. La tensión en el circuito intermediario de tensión continua es en este caso pulsante, puede oscilar entre 0 V y el valor máximo de la tensión de red. En la magnetización de un polo de estator se utiliza la energía de conmutación almacenada temporalmente del condensador. En este sentido es importante que el comportamiento de conmutación del interruptor para el almacenamiento temporal y el condensador para el almacenamiento temporal con respecto al tiempo de carga y descarga esté dimensionado de tal modo que tengan lugar una conexión y desconexión completas en la mitad del tiempo o menos de la fase de magnetización y desmagnetización. Este conjunto de circuitos es particularmente adecuado para la conmutación de un motor de reluctancia conectado a gran velocidad, que debe cumplir con elevados requisitos respecto a la frecuencia de conexiones y el comportamiento de conmutación. En una realización conveniente desde el polo positivo del circuito intermediario de tensión continua hasta la toma para el arrollamiento de fase está conectado un diodo en la dirección de paso. Con ello se consigue que ni en la descarga del condensador ni en la marcha libre se produzcan cortocircuitos. En una realización ventajosa, en el lado primario del rectificador está colocado un filtro de red, para así atenuar las reacciones que aparecen sobre la red de alimentación en forma de armónicos de la corriente y/o de la tensión. Estas son en particular partes de tensión alterna de alta frecuencia, que debido al campo alterno o campo giratorio conmutado pueden aparecer en el lado secundario del rectificador, que por regla general tiene otra frecuencia y posición de fase que la red de alimentación, que en Europa presenta 230 V, 50 Hz. Además aparecen armónicos en el lado primario por regímenes transitorios de flancos pronunciados debido a los procesos de conmutación en el circuito intermediario de tensión continua. En este sentido es conveniente, que el filtro de red comprenda al menos una inductividad conectada en serie y al menos un condensador conectado en paralelo entre las entradas del rectificador. Se trata de un denominado filtro pasivo, que es más que suficiente para la atenuación de las ondas armónicas de... [Seguir leyendo]

1. Convertidor de frecuencia, que comprende un rectificador (B1) para generar o transformar una tensión alterna en el lado de la red (UN) en una tensión continua de circuito intermediario (Urectificador), al menos un interruptor (T1, T2) controlado para suministrar corriente al menos a un arrollamiento de fase (Ph1, Ph2) de un motor eléctrico, que se alimenta desde el circuito (7) intermediario de tensión continua, un diodo de marcha libre (D1, D2) asignado en cada caso a un arrollamiento de fase (Ph1, Ph2) para desacoplar la energía de conmutación y un almacenamiento temporal (CDump) para almacenar la energía de conmutación debido a procesos de recarga en el arrollamiento de fase (Ph1, Ph2), caracterizado porque el almacenamiento temporal es un condensador (CDump), que está conectado entre el polo (9) positivo del circuito (7) intermediario de tensión continua y la salida del diodo de marcha libre (D1, D2), y porque el condensador (CDump) puede puentearse por medio de otro interruptor (TGem), estando configurado el interruptor (TGem) para puentear el condensador (CDump) en intervalos de tiempo para que pueda realizarse una descarga del condensador (CDump) a través del arrollamiento de fase (Ph1, Ph2) activado en cada caso. 2. Convertidor de frecuencia según la reivindicación 1, caracterizado porque partiendo del polo (9) positivo del circuito (7) intermediario de tensión continua hasta la toma para el arrollamiento de fase está conectado un diodo (DGem) en la dirección de paso. 3. Convertidor de frecuencia según la reivindicación 1, caracterizado porque en el lado primario del rectificador está colocado un filtro de red. 4. Convertidor de frecuencia según la reivindicación 3, caracterizado porque el filtro de red comprende al menos una inductividad conectada en serie (Lfiltro) y al menos un condensador (Cfiltro) conectado en paralelo entre las entradas del rectificador. 5. Convertidor de frecuencia según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el convertidor (1) de frecuencia tiene dos o más interruptores (T1, T2) y diodos de marcha libre (D1, D2), debiendo asignar los interruptores (T1, T2) y los diodos de marcha libre (D1, D2) en cada caso a uno de los arrollamientos de fase (Ph1, Ph2) individuales del motor (3). 6. Convertidor de frecuencia según la reivindicación 5, caracterizado porque las salidas de los diodos (D1, D2) forman un polo (11) común con la entrada del interruptor (TGem) y el almacenamiento temporal (CDump). 7. Convertidor de frecuencia según la reivindicación 5, caracterizado porque la salida del diodo común (DGem) y la salida del interruptor común (TGem) con una toma común de los arrollamientos de fase (Ph1, Ph2) forman un polo (11) común. 8. Convertidor de frecuencia según la reivindicación 1 ó 5, caracterizado porque los interruptores (T1, T2, TGem) comprenden en cada caso al menos un transistor de efecto de campo, IGBT o transistor bipolar. 9. Convertidor de frecuencia según la reivindicación 1, caracterizado porque la entrada del lado de alimentación del rectificador (B1) está configurada para la toma de una batería o de un acumulador. 10. Convertidor de frecuencia según la reivindicación 1, caracterizado porque el rectificador (B1) está configurado para facilitar una tensión continua de circuito intermediario pulsante (Urectificador), que puede oscilar entre 0 V y el valor máximo de la tensión alterna del lado primario. 11. Sistema mecatrónico, que comprende un motor (3) de reluctancia conectado con al menos un arrollamiento de fase (Ph1, Ph2) y al menos dos polos (4) fijos y un rotor (5) que puede girarse o moverse por medio de los estados de magnetización de los polos (4), un convertidor (1) de frecuencia según una de las reivindicaciones 1 a 10 y un dispositivo (2) de control con un microprocesador (12) y una memoria (13) con un programa que está configurado para controlar los interruptores (T1, T2, TGem) del convertidor (1) de frecuencia para generar un campo alterno o campo giratorio en los arrollamientos de fase (Ph1, Ph2) o en los polos (4) de estator. 12. Sistema mecatrónico según la reivindicación 11, caracterizado porque el programa está configurado para que el microprocesador pueda controlar los interruptores (T1, T2, TGem) para facilitar los estados de conmutación de magnetización, marcha libre y desmagnetización para los arrollamientos de fase (Ph1, Ph2) individuales. 13. Sistema mecatrónico según la reivindicación 11 utilizando un convertidor de frecuencia según la reivindicación 8, caracterizado porque el convertidor (1) de frecuencia comprende como interruptores (T1, 6   T2, TGem) transistores de efecto de campo, cuya entrada de control respectiva está unida con el dispositivo (2) de control para facilitar los estados de conexión previstos en cada caso, de manera que puedan controlarse por medio del microprocesador (12). 7   8   9     11