DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO ELÉCTRICO DEL ROTOR DE ARRANQUE.

Procedimiento para la determinación de un ángulo eléctrico del rotor de arranque de un motor eléctrico con las siguientes etapas:

impulsión del motor eléctrico (10) con una magnitud eléctrica periódica (U), detección de una primera curva correspondiente de una magnitud de medición, cálculo de una primera relación (P1) de una medida de una onda fundamental (I1) y de una medida de una primera onda superior (I2) a partir del espectro de la primera curva de la magnitud de medición (i), de manera que la primera onda superior (I2) está dividida por la tercera potencia de la onda fundamental (I1), nueva impulsión del motor eléctrico (10) con una magnitud eléctrica periódica (U), detección de una segunda curva correspondiente de la magnitud de medición (i), determinación de una segunda relación (P2) de una medida de una onda fundamental (I1) y de una medida de una primera onda superior (I2) a partir del espectro de la segunda curva de la magnitud de medición (i), en el que la primera onda superior (I2) se divide por la tercera potencia de la onda fundamental (I1), determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque (δ) sobre de la primera relación (P1) y de la segunda relación (P2)

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DE2001/004260.

Solicitante: ROBERT BOSCH GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: POSTFACH 30 02 20 70442 STUTTGART ALEMANIA.

Inventor/es: KUNZ,Olaf, FROEHLICH,Gerhard, BARINBERG,Viktor.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 15 de Noviembre de 2001.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02P6/18H

Clasificación PCT:

  • H02K1/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02K MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos H01H 53/00; transformación de una potencia de entrada en DC o AC en una potencia de salida de choque H02M 9/00). › Detalles del circuito magnético (circuitos magnéticos para relés H01H 50/16).

Clasificación antigua:

  • H02K1/00 H02K […] › Detalles del circuito magnético (circuitos magnéticos para relés H01H 50/16).

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-2360431_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Estado de la técnica

La invención parte de un dispositivo y un procedimiento para la determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque del tipo de las reivindicaciones independientes. A partir del Artículo “detection of the starting rotor angel of a pmsm at standstill”, C. Brunotte, W. Schumacher, EPE/97, páginas 1250 a 1253, se describe un modo de proceder para la determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque. A tal fin, se impulsa un motor síncrono excitado con imán permanente con una corriente de forma sinusoidal de 500 Hz. A partir de la corriente que se produce se determina el espectro para la determinación del ángulo eléctrico del rotor. En virtud de los efectos de saturación y de las asimetrías de la curva de la corriente que resultan de ello, se puede determinar la posición del estator del motor síncrono equipado con bobinas frente al rotor equipado con imanes permanentes. Por ejemplo, con la ayuda de una transformación Fast Fourier, a partir de la curva de la corriente medida se determina la coeficiencia de la segunda armónica del espectro. Esta coeficiencia de la segunda armónica es una medida para el ángulo eléctrico del rotor.

El cometido de la invención es mejorar el procedimiento descrito al principio para la determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque con respecto a la exactitud. Este cometido se soluciona a través de las características de las reivindicaciones independientes 1 y 6.

Ventajas de la invención

El procedimiento de acuerdo con la invención y el dispositivo de acuerdo con la invención se caracterizan ahora porque a partir del espectro de la magnitud medida se determinan tanto la onda fundamental (primera armónica) como también la primera onda superior (segunda armónica) y se ponen en relación entre sí como medida para el ángulo del rotor de arranque del motor eléctrico, con preferencia motor síncrono. A este respecto, se ha revelado que es especialmente adecuado, para la determinación del ángulo del rotor de arranque, dividir la primera onda superior por la tercera potencia de la onda fundamental. De esta manera, se pueden tener en cuenta mejor especialmente asimetrías que son atribuibles al tipo de construcción del motor. Esto repercute de manera positiva sobre la exactitud de la determinación del ángulo del rotor de arranque, lo que se puede justificar con la ayuda de las curvas de medición mostradas a continuación.

En una configuración alternativa, está previsto impulsar el motor eléctrico con una tensión sinusoidal. El inversor que controla el motor eléctrico funciona de esta manera como generador de tensión. La amplitud y el ángulo de las fases de arranque de la tensión a alimentar se pueden adaptar fácilmente al motor respectivo. La tensión está seleccionada, por una parte, de tal forma que para la detección más fácil del valor de medición, fluye una corriente alta, pero el motor, por otra parte, no es desplazado todavía en movimiento para impedir procesos de arranque indefinidos. La amplitud de la tensión depende con preferencia de la corriente nominal del motor, de la inductividad del motor, o bien de la reactancia de la inductividad del motor. La tensión impresa proporciona señales útiles claramente mejoradas para la evaluación que una corriente impresa.

En un desarrollo conveniente está previsto impulsar el motor eléctrico durante un periodo de tiempo determinado con una tensión de forma sinusoidal, pero la magnitud de medición no se puede detectar al mismo tiempo al principio, sino hacia el final del proceso de alimentación para el procesamiento posterior. Si se alimenta el motor eléctrico, por ejemplo, con ocho oscilaciones sinusoidales a 500 Hz, entonces se evalúan solamente los tres últimos periodos de oscilación de la corriente resultante para el análisis espectral, pero no se evalúan, en cambio, las cinco oscilaciones iniciales. A través de la supresión selectiva de procesos de estabilización se puede mejorar todavía la calidad de la medición.

En un desarrollo conveniente, está previsto detectar al menos dos veces las magnitudes de medición para la determinación de las amplitudes de la onda fundamental y de la primera onda superior. Durante el segundo proceso de detección se impulsa el motor eléctrico con un ángulo eléctrico diferente de la primera activación. Son necesarias al menos dos mediciones para determinar por cálculo de una manera unívoca el ángulo del rotor de arranque.

En un desarrollo conveniente está previsto obtener a partir de al menos tres magnitudes de medición las informaciones espectrales. Puesto que ahora al menos una magnitud de medición no es forzosamente necesaria para la determinación del ángulo del rotor de arranque, se pueden filtrar los valores de medición, por ejemplo, a través del método de los cuadrados mínimos. La calidad de la determinación del ángulo se puede mejorar adicionalmente.

En un desarrollo conveniente está previsto un transmisor incremental, que detecta el movimiento del motor. Las señales del transmisor incremental se detectan entre las al menos dos mediciones y se tienen en cuenta para la determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque. El ángulo eléctrico del rotor de arranque se puede determinar de esta manera con alta exactitud en el caso de un motor eléctrico que se mueve durante las mediciones.

Otros desarrollos convenientes se deducen a partir de las otras reivindicaciones dependientes y a partir de la descripción.

Dibujo

Un ejemplo de realización se representa en el dibujo y se describe a continuación. La figura 1 muestra un diagrama de bloques de una disposición para la determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque, la figura 2 muestra la curva de la primera onda superior I2 de la corriente en función del ángulo eléctrico del rotor de acuerdo con el estado de la técnica, la figura 3 muestra la curva de la primera onda superior dividida por la tercera potencia de la oscilación básica en función del ángulo eléctrico del rotor de acuerdo con el ejemplo de realización –en cada caso frente a la curva sinusoidal de referencia-, la figura 4a muestra la curva en función del tiempo de la tensión impresa, la figura 4b muestra la curva de la corriente detectada representada en función del tiempo, la figura 5 muestra una representación más exacta de la relación entre la primera onda superior y la tercera potencia de la onda fundamental en función del ángulo eléctrico del rotor así como la figura 6 muestra un diagrama de flujo del procedimiento para la determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque.

Descripción del ejemplo de realización La rotación de un motor eléctrico 10 detecta un transmisor incremental 12, cuya señal de transmisión incremental 30 llega a una unidad de evaluación 18. Un inversor 20 genera a partir de una tensión continua de un circuito intermedio de tensión continua, que se prepara por un módulo de alimentación 22 unas tensiones o bien corrientes aproximadamente de forma sinusoidal, con las que se impulsan una primera, una segunda y una tercera fase 24, 26, 28 del motor eléctrico 10. La corriente que fluye a través de la primera fase 24 es detectada por un primer sensor de corriente 14, la corriente que fluye a través de la segunda fase 26 es detectada por un segundo sensor de corriente 16, que son alimentados como primer valor de la corriente 32 y como segundo valor de la corriente 34 a la unidad de evaluación 18. En la unidad de evaluación 18 está dispuesta una memoria 19. La unidad de evaluación 18 controla el inversor 20.

Como motor eléctrico 10 se emplea especialmente un motor síncrono excitado con imán permanente. La determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque es necesaria para la activación selectiva del motor 10, para conseguir un movimiento en la dirección de arranque deseada. En el ejemplo de realización, se puede prescindir especialmente de un transmisor del valor absoluto.

El modo de proceder para la determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque se explica en detalle en conexión con la figura 6. En la etapa 101, la unidad de evaluación 18 recibe una señal de activación correspondiente, para comenzar el procedimiento para la determinación de un ángulo eléctrico del rotor de arranque. En la etapa 103 se calculan la amplitud de la tensión U así como el ángulo de la fase de arranque  como parámetros para la tensión de forma aproximadamente sinusoidal a imprimir. Los parámetros de la tensión a imprimircomo la amplitud... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la determinación de un ángulo eléctrico del rotor de arranque de un motor eléctrico con las siguientes etapas:

impulsión del motor eléctrico (10) con una magnitud eléctrica periódica (U), detección de una primera curva correspondiente de una magnitud de medición, cálculo de una primera relación (P1) de una medida de una onda fundamental (I1) y de una medida de una primera onda superior (I2) a partir del espectro de la primera curva de la magnitud de medición (i), de manera que la primera onda superior (I2) está dividida por la tercera potencia de la onda fundamental (I1), nueva impulsión del motor eléctrico (10) con una magnitud eléctrica periódica (U), detección de una segunda curva correspondiente de la magnitud de medición (i), determinación de una segunda relación (P2) de una medida de una onda fundamental (I1) y de una medida de una primera onda superior (I2) a partir del espectro de la segunda curva de la magnitud de medición (i), en el que la primera onda superior (I2) se divide por la tercera potencia de la onda fundamental (I1), determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque () sobre la base de la primera relación (P1) y de la segunda relación (P2).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el motor eléctrico (10) es impulsado con una tensión periódica (U) como magnitud eléctrica periódica (U) y se calcula una curva de la corriente (i) como curva de la magnitud de medición.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la amplitud (Û) así como el ángulo de la fase de arranque () a una tensión (U) aproximadamente sinusoidal se determinan en función de al menos una magnitud característica específica del motor (IN. L, r).

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la magnitud eléctrica (U), que impulsa el motor eléctrico (10), se forma en función de al menos una magnitud característica específica del motor (IN, L, r).

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el motor eléctrico (10) es impulsado durante un periodo de tiempo predeterminado con una magnitud eléctrica periódica (U), de manera que la magnitud de medición (i) es detectada en un intervalo de medición (tm) reducido con respecto al tiempo de activación.

6. Dispositivo para la determinación de un ángulo eléctrico del rotor de arranque de un motor eléctrico, con una detección de señales (18), que genera una señal de activación para un inversor (20), al que se alimenta al menos una señal de salida (32, 34) de al menos un sensor (14, 16), que calcula a partir de una magnitud de medición (i) detectada para la determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque () al menos la primera onda superior (I2), caracterizado porque para la determinación del ángulo del rotor de arranque (), la unidad de evaluación (18) determina también la onda fundamental (I1) de la magnitud de medición (i) y una primera (P1) y una segunda (P2) relación de una medida de la onda fundamental (I1) y de una medida de la primera onda superior (I2), en el que la unidad de evaluación (18) divida la primera onda superior (I2) por la tercera potencia de la onda fundamental (I1) y determina el ángulo del rotor de arranque () sobre la base de la primera relación (P1) y de la segunda relación (P2).

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación anterior, caracterizado porque están previstos medos de evaluación (18), que determinan a partir de al menos una magnitud característica del motor (IN, L, r) al menos una amplitud (Û) y/o un ángulo de la fase de arranque () de una magnitud eléctrica (U), con la que se activa el motor eléctrico.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque la unidad de evaluación (18) evalúa una señal del transmisor incremental (30), para tener en cuenta un movimiento intermedio del motor (10) durante la determinación del ángulo eléctrico del rotor de arranque ().

 

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