SISTEMA DE CONTROL Y PROCEDIMIENTO PARA CONTROLAR UN MOTOR ELÉCTRICO EXCITADO DE MANERA PERMANENTE.

Sistema de control y procedimiento para controlar un motor eléctrico excitado de manera permanente La invención se refiere a un sistema de control y un procedimiento para controlar un motor eléctrico excitado de manera permanente. Los motores eléctricos excitados de manera permanente se utilizan por ejemplo como motores de propulsión para vehículos, que en el caso de sistemas de propulsión híbridos obtienen la energía eléctrica a partir de un generador propulsado mediante una máquina de combustión interna o en el caso de vehículos propulsados de manera completamente eléctrica obtienen la energía eléctrica a partir de una denominada batería de tracción. En el caso de motores eléctricos excitados de manera permanente, por su construcción existe básicamente el problema de que por el movimiento relativo entre los devanados del inducido y los imanes permanentes en los devanados del inducido, que se produce en funcionamiento, se induce una contratensión conocida como tensión interna síncrona. Esta tensión inducida aumenta a medida que aumenta el número de revoluciones, hasta que finalmente se encuentra en el intervalo de la tensión de alimentación proporcionada por la fuente de tensión para el motor eléctrico. Entonces un aumento adicional del número de revoluciones del motor sólo puede alcanzarse mediante una denominada atenuación de campo, en la que se produce un desplazamiento de rama de la corriente introducida en los devanados. En este tipo de sistemas de propulsión con motores eléctricos excitados de manera permanente, cuando aparecen fallos, por ejemplo la interrupción de la unidad de control que realiza la atenuación de campo, esto puede llevar a problemas graves. Así, la interrupción de la atenuación de campo, en particular en caso de números de revoluciones elevados, lleva a un momento de frenado considerable, que se genera en la realimentación de energía eléctrica del motor a la fuente de tensión, por ejemplo la batería de tracción. Por la elevación de la tensión, originada por la resistencia interna de la batería, existe además el riesgo de que la batería de tracción se vea afectada, que en general está diseñada para una tensión de funcionamiento de aproximadamente 200V a 300V. Además, durante la marcha no se desea la aparición de momentos de frenado elevados de este tipo, ya que esto pondría en peligro a las personas dentro del vehículo. En caso de que con el circuito intermediario no esté unida ninguna fuente de tensión, o si, por ejemplo, la unión de la fuente de tensión con el circuito intermediario se ha interrumpido, entonces la tensión interna síncrona puede actuar sobre el circuito intermediario y en particular afectar o romper los elementos constructivos allí presentes. Para evitar estos problemas es posible dimensionar los diferentes componentes del convertidor, por ejemplo los condensadores y los semiconductores de potencia de tal manera, que la tensión interna síncrona rectificada no sobrepase la tensión nominal de los componentes. Mediante un sobredimensionamiento de este tipo de los componentes puede reducirse el riesgo de un deterioro. A este respecto es desventajoso que los sistemas de propulsión no puedan diseñarse para el volumen disponible o para la generación de la mayor potencia posible. En este enfoque también las diferentes piezas del circuito intermediario o de la electrónica de potencia deben diseñarse para las tensiones máximas que van a esperarse, lo que regularmente lleva a costes elevados de las piezas. El documento DE 198 35 576 A1 propone un sistema de control con una disposición de control, que está realizada de tal manera, que cuando mediante una disposición de detección del estado de funcionamiento en el sistema de control o/y el motor eléctrico se detecta la presencia de al menos un estado de funcionamiento predeterminado, se genera un cortocircuito en cada rama del motor. El sistema de control descrito en el documento DE 198 35 576 A1 puede tener en cuenta diferentes estados de funcionamiento y en este caso, mediante la generación controlada de un cortocircuito en el motor eléctrico evitar la aparición de riesgos potenciales o consecuencias potencialmente indeseadas. Precisamente en el intervalo de los números de revoluciones elevados el momento de frenado generado en caso de cortocircuito es insignificante, en particular el momento de frenado se encuentra claramente por debajo del momento de frenado de un motor eléctrico no cortocircuitado. Si por ejemplo se produce una interrupción espontánea de la atenuación de campo, mediante una puesta en cortocircuito controlada del motor eléctrico puede reducirse claramente por un lado la aparición de un momento de frenado no deseado, por otro lado puede evitarse que una tensión alimentada posiblemente desde el motor eléctrico al circuito intermediario lleve a un deterioro de las piezas, de los componentes o de la fuente de tensión (por ejemplo de la batería de tracción). La figura 1 muestra un sistema de control según el documento DE 198 35 576 A1. El sistema de control puede dividirse básicamente en los siguientes grupos constructivos: - una unidad 12 de convertidor con tres semipuentes 14, 16, 18, estando asociado cada uno de los semipuentes 14, 16, 18 a una de las tres fases 20, 22, 24 de motor del motor 26 eléctrico; - un circuito 28 intermediario con un condensador 30 de circuito intermediario, uniendo el circuito 28 intermediario la unidad 12 de convertidor con una fuente 32 de tensión. 2 ES 2 366 105 T3 En la representación, la fuente 32 de tensión es una batería de tracción, dado el caso con electrónica de potencia, que proporciona una tensión continua. Sin embargo se indica que, por ejemplo también en el caso de accionamientos híbridos como fuente de tensión para el motor 26 eléctrico puede utilizarse un generador accionado mediante un motor de combustión con una electrónica de potencia conectada aguas abajo. El control 34 de motor, a través de líneas de señales respectivas, controla la unidad 12 de convertidor, es decir los semipuentes 14, 16, 18 respectivos de la unidad de convertidor. Cada semipuente 14, 16, 18 contiene en este caso un primer elemento 36 de conmutación, a partir de un IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) con un diodo de circulación libre conectado en paralelo, así como un segundo elemento 38 de conmutación a partir de un IGBT con un diodo de circulación libre conectado en paralelo. Cada uno de los IGBT de los diferentes semipuentes 14, 16, 18 se controla mediante el control 34 de motor, para unir las diferentes ramas 20, 22, 24 del motor 26 eléctrico opcionalmente y para periodos de tiempo predeterminados con los diferentes potenciales del circuito 28 intermediario. Además el sistema de control según la figura 1 presenta un convertidor 40 de tensión continua/tensión continua, que deriva la tensión existente en el circuito 28 intermediario y la convierte en una tensión continua deseada, por ejemplo de 12 V. Esta tensión continua se conduce en paralelo a la tensión generada por la fuente 48 de tensión al control 34 de motor. Así se trata de una alimentación de tensión redundante para el control 34 de motor, de modo que por ejemplo en caso de interrupción de la fuente 48 de tensión la tensión de funcionamiento necesaria para el control de motor pueda extraerse del circuito intermediario y así también pueda seguir garantizándose el control o regulación del motor eléctrico. Una alimentación redundante de este tipo también es conveniente cuando además de la fuente 48 de tensión falla la fuente 32 de tensión, ya que en este caso a través de la tensión inducida en el motor 26 eléctrico y la rectificación a través de los diodos de circulación libre en el circuito intermediario se genera una tensión, que puede utilizarse como tensión de funcionamiento para el control de motor, para garantizar la regulación del motor 26 también en caso de interrupción total de la alimentación de tensión, en particular cuando el motor 26 se hace funcionar en el intervalo de atenuación de campo. En caso de que en el área del sistema de control, por ejemplo en el propio área del motor 26 eléctrico o en el área de la fuente de tensión se produzcan fallos, entonces mediante el control 34 de motor puede generarse un cortocircuito porque se conectan con conducción o bien todos los elementos 36 de conmutación o todos los elementos 38 de conmutación o bien todos los elementos 36 y 38 de conmutación. De este modo se evita que la tensión interna síncrona generada en el motor se aplique al circuito intermediario y perjudique a los componentes allí contenidos o a los componentes de los semipuentes 14, 16, 18 o la fuente 32 de tensión. En el caso de motores eléctricos excitados de manera permanente, modernos, la tensión interna síncrona puede encontrarse claramente sobre la tensión... [Seguir leyendo]

1. Sistema de control para un motor (26) eléctrico excitado de manera permanente con al menos una rama (20, 22, 24; A, B, C), que comprende : - una primera disposición (14, 16, 18) semipuente para cada rama (20, 22, 24; A, B, C) del motor (26) eléctrico; - un circuito (28) intermediario, que une la disposición (14, 16, 18) semipuente con una fuente (E1) de tensión de alimentación del motor; - un control (34) de motor para controlar la disposición (14, 16, 18) semipuente, pudiendo aplicar mediante el control (34) de motor a la rama (20, 22, 24; A, B, C) respectiva del motor (26) eléctrico, asociada a la disposición (14, 16, 18) semipuente un potencial de polaridad predeterminada durante un tiempo predeterminado; - un módulo (VPM) de protección, que está unido con la al menos una rama (A, B, C) del motor (26) eléctrico, que comprende un primer conmutador (301, S2) mediante el que puede cortocircuitarse la al menos una rama (20, 22, 24; A, B, C) del motor (26) eléctrico, - caracterizado porque el circuito (28) intermediario comprende un interruptor (S1, R1) de frenado y - pudiendo desconectar el primer conmutador (301; S2) al superar al menos una primera corriente de fase predeterminada. 2. Sistema de control según la reivindicación 1, en el que en caso de fallo puede conectarse el primer conmutador (301). 3. Sistema de control según la reivindicación 1 ó 2, en el que al superar un segundo valor umbral predeterminado de una tensión en el circuito intermediario puede reducirse esta tensión a través del interruptor de frenado. 4. Sistema de control según una de las reivindicaciones anteriores, en el que está previsto una unidad (46) de medición, mediante la que pueden determinarse los valores de medición actuales para determinar que se alcanza el primer y/o el segundo valor umbral. 5. Sistema de control según la reivindicación 4, en el que mediante la unidad (46) de medición puede detectarse un caso de fallo. 6. Sistema de control según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el interruptor de frenado comprende un segundo conmutador (S1) y un consumidor (R1). 7. Sistema de control según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer y/o el segundo conmutador es un conmutador electrónico y comprende al menos uno de los siguientes elementos constructivos: - un conmutador semiconductor; - un tiristor; - un IGBT; - un transistor. ES 2 366 105 T3 8. Sistema de control según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer conmutador (301) está realizado paralelo a una segunda disposición (D31, D34; D32, D35; D33, D36) semipuente. 9. Sistema de control según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el caso de fallo comprende al menos uno de los siguientes casos: - una caída o una interrupción de la tensión de alimentación del motor; - un fallo de cortocircuito, en particular en la zona del motor; - una subida de una tensión en el circuito intermediario por encima de un valor límite predeterminado; - fallos en la zona de la primera o segunda disposición semipuente. 10. Procedimiento para controlar el sistema de control según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas siguientes: - en un caso de fallo se conecta adicionalmente el módulo (VPM) de protección mediante el primer conmutador (301, S2); 8 ES 2 366 105 T3 - se mide una corriente de fase en la al menos una rama (A, B, C); - si la corriente de fase supera el primer valor umbral predeterminado, entonces se desconecta el primer conmutador (301, S2); - si la tensión en el circuito (28) intermediario alcanza un segundo valor umbral, entonces se reduce esta tensión por medio del interruptor (S1, R1) de frenado. 9 ES 2 366 105 T3 ES 2 366 105 T3 11 ES 2 366 105 T3 12 ES 2 366 105 T3 13 ES 2 366 105 T3 14 ES 2 366 105 T3