Método para la detección de la velocidad y sentido de giro de una máquina asíncrona de jaula de ardilla.

La máquina constituye un motor (MAS3) con tres tensiones de alimentación (Vu, Vv, Vw). El método comprende: medición de dos o tres corrientes en el motor (Iu, Iv y opcionalmente Iw); cambio de ejes (C3/2) de dichas corrientes para obtener dos corrientes convertidas a ejes ortogonales (Ix, Iy); fijación de dos consignas de corriente (Sp_Ix y Sp_Iy); regulación de las corrientes convertidas (Ix, Iy) a sus consignas (Sp_Ix, Sp-Iy) mediante dos reguladores de corriente (RIx, RIy) que dan dos tensiones (Vx, Vy); y cambio de ejes (C2/3) de esas tensiones (Vx, Vy), obteniéndose las tres tensiones de alimentación (Vu, Vv, Vw); permitiendo efectuar toda la detección únicamente mediante tratamiento de las dos tensiones (Vx, Vy)

Método para la detección de la velocidad y sentido de giro de una máquina asíncrona de jaula de ardilla.

Objeto de la invención

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un método para la detección de la velocidad y sentido de giro de una máquina asíncrona de jaula de ardilla, siendo la finalidad esencial de la invención el conseguir una rápida, robusta y precisa detección de la velocidad de la máquina asíncrona de jaula de ardilla sin necesidad de utilizar ni captadores de velocidad, ni de tensión de salida y permitiendo correctas detecciones de velocidad tanto a velocidades positivas como negativas o nulas. Otros objetivos de la invención consisten en proporcionar una detección insensible a la variación de parámetros del correspondiente motor, que sea sencilla de implementar, así como que permita estimar el sentido y la velocidad de giro de dicho motor muy rápidamente. Otros objetivos adicionales consisten en permitir detectar la velocidad de giro de la máquina tanto en estado de máquina desmagnetizada como durante el proceso de la desmagnetización y posibilitar su posterior arranque al vuelo correcto y suave en ambas situaciones, pudiendo aplicarse el método tanto a máquinas de baja como de alta potencia.

Antecedentes de la invención

La máquina asíncrona de jaula de ardilla es una de las soluciones más elegidas en el campo de las máquinas eléctricas y es utilizada en numerosos tipos de aplicación y de muy diversa índole. En ocasiones, los requerimientos de las aplicaciones obligan a funcionar sin medida de velocidad por motivos tales como: fiabilidad, mantenimiento, coste... Del mismo modo, la aplicación puede requerir el "arranque al vuelo" o "flying start", lo que significa que se debe alimentar la máquina estando ésta en movimiento. Para realizar un arranque suave y correcto en estas condiciones es necesario realizar la detección previa de la velocidad de la máquina.

La máquina asíncrona de jaula de ardilla presenta ventajas frente a otro tipo de máquinas en cuanto a precio, tamaño, mantenimiento... pero también inconvenientes originados por la falta de acceso al rótor del motor. En este tipo de máquina, la detección de la velocidad es más compleja que en el resto de las máquinas.

Existen soluciones para las máquinas en que se tiene acceso tanto al rótor como al estátor. En estos casos, la estrategia de estimación de la velocidad es muy sencilla y conocida: es suficiente con inyectar tensión o corriente en uno de los bobinados y estimar la velocidad observando las variables del otro bobinado. También existen soluciones para la máquina asíncrona de jaula de ardilla que se exponen brevemente a continuación.

En ocasiones se aprovecha el flujo residual en el momento de rearrancar la máquina. En los casos de corte de alimentación inferiores al tiempo de desmagnetización de la máquina (1 a 4 segundos en función del tamaño de la máquina) o aplicaciones en las que tras un fallo el equipo debe rearrancar inmediatamente, el "arranque al vuelo" se realiza mediante la medida de los captadores de tensión en el estátor. Estas medidas nos dan la posición y el movimiento de la fuerza electromotriz, de la cual se deducen tanto la velocidad del motor como la posición del flujo del motor. La detección se realiza de manera rápida pero se dan inconvenientes relativos a que se necesita de captadores de tensión y que la máquina no haya finalizado el proceso de desmagnetización o que posea un flujo residual mínimo.

Para los casos en que la máquina está desmagnetizada también existen soluciones. La más comúnmente utilizada consiste en una búsqueda de frecuencia. Se inyecta una corriente, o léase una tensión, de valor reducido a frecuencia variable entre la máxima y mínima frecuencia donde se pretende realizar la búsqueda. Al inyectar una corriente de amplitud reducida y frecuencia variable se observa la tensión medida para mantener esa corriente. Esa tensión alcanza el valor máximo cuando la frecuencia inyectada corresponda con la frecuencia de giro del motor (con la relación de los pares de polos). Al inyectar una tensión de amplitud reducida y frecuencia variable se observa la corriente resultante en el motor. Cuando esa corriente alcanza la amplitud mínima, la frecuencia inyectada corresponde con la frecuencia de giro del motor (con la relación de los pares de polos).

Estos métodos de búsqueda de frecuencia permiten una buena estimación de la velocidad en el rango de velocidades medias y altas pero requieren de mucho tiempo para su ejecución. Son necesarios varios segundos para realizar la búsqueda (de 2 a 5 segundos dependiendo de cada máquina) y en caso de bajas velocidades de giro, la estimación es más complicada. Al pretender acelerar el procedimiento de búsqueda, la estimación se complica hasta el punto de no llegar a detectar ninguna velocidad de giro. Además, si se desconoce el sentido de giro del motor, el procedimiento de búsqueda de frecuencia se duplica en el tiempo al tener que realizar el barrido tanto en frecuencias negativas como en positivas.

Existen también métodos teóricos de cálculo en los que se trabaja con un modelo motor considerado perfecto y se presuponen conocidos todos los parámetros eléctricos y magnéticos del motor. La misma tensión aplicada al motor se aplica al modelo y se comparan la corriente real del motor con la corriente del modelo. Si difieren ambas corrientes, se considera que la diferencia radica en la velocidad y un regulador actúa sobre la velocidad estimada. Al igualarse la velocidad estimada a la real, el error entre las corrientes del motor y del modelo se hace nulo. El tiempo necesario para estimar la velocidad es breve pero el método es muy poco robusto al depender de todos los parámetros de la máquina.

Por otra parte, la Patente JP2001231292 propone detectar la frecuencia de giro de la máquina a través de la corriente ocasionada por una tensión inyectada previamente y permitiendo arrancar el motor tanto en posición de parado como en posición de rotación. El mayor inconveniente de la referida Patente es su falta de robustez, al basarse en ecuaciones de la máquina y en una serie de tablas. Otro documento que se puede considerar como estado de la técnica respecto a la presente invención es la Patente US2006/060860 que funciona a través de la inyección de una señal autoexcitada.

Descripción de la invención

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un método para la detección de la velocidad y sentido de giro de una máquina asíncrona de jaula de ardilla, constituyendo dicha máquina un motor con tres tensiones de alimentación.

Novedosamente, según la invención, el método de la misma comprende:

1. Método para la detección de la velocidad y sentido de giro de una maquina asíncrona de jaula de ardilla, constituyendo dicha máquina un motor (MAS3) con tres tensiones de alimentación (Vu, Vv, Vw); caracterizado porque comprende: