MÉTODO PARA LA APLICACIÓN CONTROLADA DE UN VALOR TEÓRICO DE UNA CORRIENTE ESTATÓRICA Y DE UN MOMENTO DE TORSIÓN, PARA UNA MÁQUINA DE INDUCCIÓN ALIMENTADA POR CONVERTIDOR ESTÁTICO.

Método para la aplicación controlada de un valor teórico de una corriente estatórica y de un momento de torsión, para una máquina de inducción alimentada por convertidor estático La presente invención hace referencia a un método para la aplicación controlada de un valor teórico de una corriente estatórica y un valor teórico de un momento de torsión, para una máquina de inducción alimentada por un convertidor estático. Para la alimentación de máquinas de inducción, cuyo momento se puede ajustar de manera altamente dinámica en los valores deseados, dentro de un margen de velocidad amplio, se emplean generalmente convertidores de pulsos con una tensión de entrada constante, frecuentemente combinado con un proceso de regulación orientado al campo. Un sistema motriz de esta clase cumple generalmente también con los requerimientos técnicos elevados de la calidad estándar. Ante la condición de que las corrientes de los terminales se puedan aplicar de la forma que se desee, se pueden regular en principio de manera continua el flujo magnético y el momento de torsión de una máquina de inducción, en los valores deseados, sin embargo, sólo cuando todos los parámetros electromagnéticos del sistema se conocen a partir de un modelo descriptivo de la máquina lo suficientemente exacto. Con la ayuda de un sistema de procesamiento de señal, se pueden determinar ininterrumpidamente las tensiones correspondientes de terminales, partiendo de las variables de medición de las corrientes de terminales y de las velocidades, de acuerdo con una variable teórica, por ejemplo, para el momento de torsión. Ante requerimientos dinámicos particularmente elevados para la regulación de la máquina de inducción, la frecuencia de pulsos también debe ser elevada. Esto representa una desventaja para el rendimiento y los costes del convertidor. Los convertidores para la tracción en vehículos sobre carriles no permiten frecuencias de conmutación elevadas, debido a la densidad de potencia elevada y a los requerimientos de eficiencia elevados. Por ejemplo, la frecuencia de conmutación se encuentra en un margen de ajuste de tensión de sólo 300Hz - 800 Hz en el caso de las locomotoras, trenes automotores y trenes tranvías pesados, y en un margen de 800Hz - 2kHz para trenes de corta distancia. Además, la tensión de circuito intermedio disponible se debe aprovechar de manera óptica, es decir, que no se pueden requerir reservas de tensión debido a razones técnicas en relación con la regulación. Para evitar los efectos de retroalimentación inadmisibles en el circuito, el espectro estable de oscilación armónica debe estar definido y se debe poder modificar. Esto requiere, junto con la frecuencia de conmutación limitada y la capacidad de modulación máxima, procesos de temporización para el convertidor de pulsos. Los requerimientos dinámicos en el convertidor de tracción resultan también elevados. Tanto el comportamiento de las perturbaciones, por ejemplo, en el caso de saltos de tensión en la línea de contacto, así como el comportamiento de guía, por ejemplo, la dinámica elevada deseada del momento de torsión, deben ser altamente dinámicos en relación con un accionamiento estable normal, para el control de los procesos de deslizamiento y de derrape, así como de las vibraciones de accionamiento mecánicas. Por otra parte, las cargas de corriente máximas proyectadas del convertidor se mantienen estrictamente, para evitar un sobredimensionamiento de la unidad de potencia. También en el caso de modificaciones en las variables de perturbaciones y de guía, la corriente predeterminada se debe poder aplicar mediante el proceso de regulación. Por lo tanto, resulta necesario un proceso de regulación que presente la aplicación de la corriente estatórica. Dicho proceso permite al mismo tiempo un comportamiento estable y dinámico para la especificación del momento de torsión. Hasta el momento, una regulación exacta y altamente dinámica de la corriente estatórica ha fallado directamente en las oscilaciones armónicas considerables generadas por la temporización, y en los parámetros considerablemente no lineales de las máquinas para las oscilaciones armónicas (inductancia de dispersión e inductancia principal). A partir de la revelación la regulación del accionamiento del dispositivo de control, en relación con el convertidor, para sistemas de automatización de vehículos sobre carriles SIBAS 32, revelada en la revista técnica del ferrocarril alemana "eb - Elektrische Bahnen, volumen 90 (1992), fascículo 11, páginas 344 a 350, se conoce una regulación del accionamiento en relación con el convertidor, para máquinas asíncronas, de acuerdo con el método que consiste en la orientación del campo con las funciones esenciales que consisten en la detección de los valores de medición, el modelo de flujo, la estructura de regulación, así como el dispositivo de control. Para la regulación de accionamiento de acuerdo con el método probado de la orientación del campo, se requiere la detección de variables de medición analógicas. Se miden dos corrientes de la máquina y la tensión de entrada del convertidor de pulsos, también denominada tensión de circuito intermedio. En una variante también se miden dos tensiones de conductores. Como otra variable de medición se determina la velocidad del motor. En el caso que un convertidor alimente dos motores de tracción conectados en paralelo, se detectan ambas velocidades de motor, y para la regulación se utiliza el valor medio aritmético. 2   Como base de la regulación orientada al campo, se utiliza el conocimiento del valor y de la posición angular del flujo del rotor. Dado que dichas variables no se pueden medir directamente, se emplean generalmente modelos de cálculo que reproducen la estructura interior de la máquina asíncrona. Para la determinación del flujo del rotor a partir de los valores reales medidos de la tensión, la corriente y la velocidad, se utiliza un modelo de flujo. Está compuesto de dos modelos parciales conocidos de las máquinas asíncronas, es decir, el modelo de tensión y el modelo de corriente. En el caso de velocidades reducidas, prevalece la influencia del modelo de corriente, mientras que en el caso de velocidades mayores prevalece el modelo de tensión. De esta manera, la estructura utilizada combina las ventajas de ambos modelos parciales y se puede considerar como un modelo de tensión guiado por el modelo de corriente. El modelo de corriente comprende el parámetro de la constante de tiempo del rotor. Durante el funcionamiento, se modifica considerablemente la resistencia del rotor de la máquina con la temperatura del rotor. Resulta necesario conocer la resistencia actual del rotor para una operación exacta del modelo de corriente. La tarea central del sistema procesador de señales, reside en la selección del convertidor de pulsos, de manera tal que el motor de tracción siga los valores teóricos requeridos. Ambas tensiones entre conductores, así como las tres corrientes de la máquina, se convierten en dos componentes ortogonales en transformadores de coordenadas. Con el ángulo de flujo, ambos componentes de corriente ortogonales son transformados por un sistema de coordenadas fijo del estator, en un sistema variable de acuerdo con el vector de espacio del flujo del motor, es decir, que se realiza la orientación del campo de los componentes de corriente. Después de un filtrado, se presentan los valores reales del componente de corriente que conforma el campo y el que conforma los momentos. En un punto de funcionamiento estable, dichos componentes de corriente presentan la misma magnitud. Con el fin de determinar las variables de salida para la regulación a partir de las variables de guía, del flujo teórico y del momento teórico, se reproduce generalmente la estructura inversa de la máquina asíncrona en un denominado circuito de desacoplamiento. Dicho circuito calcula los componentes de tensión requeridos, a partir del valor teórico del flujo, del valor teórico de la corriente magnetizante obtenida de las curvas características de magnetización, a partir del valor teórico de la corriente efectiva y de la velocidad angular del flujo del rotor. Para la estabilización, en las salidas del desacoplamiento se adicionan dos reguladores de corriente para los componentes de corriente que conforman el campo y los momentos. La adaptación de la regulación a la tensión de circuito intermedio actual se realiza en el dispositivo de control. A partir de la tensión teórica y del valor real de la tensión de circuito intermedio, se calcula el grado de modulación para el modulador de la duración de pulsos. El dispositivo de control cumple la función de generar, mediante la conmutación alternada de los tres pares de fases del convertidor en el motor, la oscilación fundamental requerida de... [Seguir leyendo]

1. Método para la aplicación controlada de un valor teórico de una corriente estatórica (ISteo) y un valor teórico de un momento de torsión (Mteo), para una máquina de inducción (4) alimentada por convertidor estático, en donde de acuerdo con un valor teórico predeterminado del flujo del rotor ( Rteo) y un valor real del flujo del rotor (R) detectado, se calcula un componente de corriente que conforma el campo (ISdteo) del valor teórico de la corriente estatórica (Isteo), y de acuerdo con un valor teórico predeterminado del momento de torsión (Mteo), el valor real detectado del flujo del rotor (R) y un componente de corriente detectado que conforma el momento de torsión (Isq) de una corriente estatórica medida (Is), se calcula un componente de corriente que conforma el momento de torsión (ISqteo) del valor teórico de corriente estatórica (ISteo), en donde de acuerdo con una frecuencia de deslizamiento del rotor detectada (R) y una frecuencia angular (), se determina un valor real de la frecuencia angular del estator (S), en donde a partir de dichos valores calculados (ISdteo, ISqteo, s, R), de acuerdo con los parámetros que consisten en la inductancia de dispersión (L) en función de la frecuencia y la resistencia del estator (RS), se calcula como variable de ajuste la integral de la tensión del estator (TKteo), a partir de la cual se desarrolla una curva de trayectoria del flujo seleccionada a partir de las curvas de trayectoria del flujo optimizadas, almacenadas fuera de línea. 2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque de acuerdo con los componentes de corriente calculados (ISdteo·ISqteo), los parámetros que consisten en la inductancia de dispersión (L) en función de la frecuencia y la resistencia del estator (RS), la frecuencia angular del estator (S) y el valor real del flujo del rotor (R), se calcula una tensión del estator (USestab) estable y normalizada, que se normaliza mediante una tensión medida de circuito intermedio (UD). 3. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para la determinación de un valor real del flujo de terminales (K), antes de la integración de la tensión del estator (Us) se sustrae de dicha tensión una caída de tensión en la resistencia del estator (Rs), generada por la corriente estatórica instantánea (Is), y después de la integración se adiciona una caída de tensión en la resistencia del estator (Rs) generada por el valor teórico a aplicar de la corriente estatórica (ISteo), dividida por la frecuencia angular del estator s, después de la transformación en un sistema de coordenadas sincronizado en relación con el flujo del rotor. 4. Método de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque a partir de la tensión del estator estable normalizada (USestab) se calculan como componentes polares, un grado de modulación (a) y un ángulo de tensión (U). 5. Método de acuerdo con la reivindicación 2 y 4, caracterizado porque se calcula un valor fundamental del flujo de los terminales de acuerdo con la tensión medida de circuito intermedio (UD), la frecuencia angular del estator calculada (s) a partir del grado de modulación (a), y mediante la siguiente ecuación: 6. Método de acuerdo con la reivindicación 2 y 4, caracterizado porque se calcula un ángulo teórico actual del flujo de los terminales (Kteo) de acuerdo con un ángulo actual determinado del flujo del rotor ( R), y un ángulo determinado (K) entre el flujo de terminales (K) y el flujo del rotor (R), mediante la siguiente ecuación: 7. Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque se calcula el componente polar que consiste en el ángulo de tensión ( U) del componente de tensión estable y normalizado del estator (USdestab), mediante la siguiente ecuación:   8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque se calcula el ángulo ( K) entre el flujo de los terminales (K) y el flujo del rotor (R), mediante la siguiente ecuación: 16   17   18   19     21   22   23   24     26   27   28   29