Variador de frecuencia.

La presente invención propone un variador de frecuencia para motor eléctrico.

Este variador se caracteriza por el hecho de que comprende una neurona artificial por cada fase del motor, donde una de sus entradas es una primera señal de síntesis generada por una unidad de control y procesado digital con salidas analógicas, y su salida está conectada al motor.

Amplificador para variador de frecuencia

La presente invención se refiere a un amplificador para variador de frecuencia de gran precisión y versatilidad, de gran simplicidad y bajo coste.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidos los variadores de frecuencia, en especial destinados al control de velocidad de motores de inducción de una o varias fases.

Se prevé un auge en la utilización de estos variadores, debido al actual desarrollo de los automóviles eléctricos, y cuya velocidad podrá ser regulada por estos variadores de frecuencia universales, debido a que también pueden ser alimentados con una tensión continua proveniente de unas baterías.

Es conocido que como mejor funcionan estos motores es aplicándoles señales trifásicas sinusoidales, y la forma de regular su velocidad es variando la frecuencia de dichas señales.

Las soluciones actualmente preferidas consisten en aplicar al motor una señal rectangular o bien emplear convertidores matriciales, que permiten obtener una señal sinusoidal escalonada.

Sin embargo, debido a la aparatosidad y complejidad de estas soluciones, estas constituyen soluciones caras y poco prácticas.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un variador de frecuencia universal, que permita controlar el par y la velocidad suministrada al motor o bien que permita sintetizar con gran precisión cualquier tipo de señal de potencia, a partir de cualquier fuente de energía, ya sea continua o alterna.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para ello, la presente invención propone un amplificador para variador de frecuencia para motor eléctrico según se define en la primera reivindicación adjunta.

En el caso de señales trifásicas, una señal puede obtenerse a partir de las otras dos, porque la suma de las tres es igual a una constante, lo que permite que en vez de generar tres, es suficiente con generados; llevando a una de las neuronas dos de estas señales con peso psináptico negativo, y una de estas señales a una de las otras dos, con peso psináptico positivo.

Es bien sabido que la función de transferencia de una neurona artificial, siendo su función de activación la función identidad acotada, se caracteriza por ser su salida una suma ponderada de sus señales de entradas más una constante.

Si se hace que una de las entradas de la neurona sea una primera tensión de síntesis generada por una unidad de control y procesado digital con salidas analógicas, y hacemos otra entrada igual a la tensión de la entrada de potencia de la neurona artificial, se puede conseguir que la disipación de energía sea igual en los transistores terminales de la neurona. La salida de esta neurona es una suma ponderada de estas dos variables más una constante.

La diferencia entre dos sumas ponderadas con una diferente tensión de síntesis pero igual tensión en la entrada de potencia, es el producto de una constante por la diferencia de estas dos señales de síntesis, sin depender de ninguna otra variable, ni de la carga suministrada, por tanto impedancia de salida cero, y en consecuencia enteramente controlada por el microcontrolador con una gran precisión.

Si bien las señales de síntesis generada por la unidad de control y procesado digital con salidas analógicas o microcontrolador, tienen una misma componente continua, que las hace siempre positivas, esta componente queda anulada en la diferencia de las tensiones entre bornes del motor.

Por lo tanto, si se genera una señal de síntesis trifásica, esta llegará al motor amplificada en tensión, y capaz de suministrar una corriente más grande, y por tanto será una señal de gran precisión, y sin depender de la corriente de carga, luego de impedancia de salida nula.

La neurona artificial se ha diseñado haciendo uso de un primer sumador que tiene una entrada igual a la tensión de salida de la neurona constituyendo una realimentación que provoca que su función de activación sea la función identidad acotada, y la salida del cual está conectada a la entrada negativa de un integrador diferencial.

Haciendo también uso de un segundo sumador que una de sus entradas es una señal de tensión de síntesis, y otra es la tensión en la entrada de potencia de la neurona artificial, y la salida del cual está conectada a la entrada positiva de este integrador diferencial.

Se conecta además una tensión continua y masa a entradas de estos dos sumadores. Y la salida del integrador diferencial enlaza con la entrada de un amplificador de potencia, cuya salida es la salida de la neurona artificial.

En consecuencia, la evolución de este sistema eléctrico es tal que la tensión en la salida de los dos sumadores es igual, y de aquí que la salida sea una suma ponderada de sus entradas, y en consecuencia la podamos definir como neurona artificial.

Dado que la tensión entre bornes del motor no depende de la tensión en la entrada de potencia Va de la neurona, esta segunda puede ser variable, pero siempre mayor a una tensión mínima. Lo cual permite disponer en la entrada del variador de un puente de tiristores trifásico de onda completa que es cebado por el microcontrolador a través de un circuito de cebado y un pulso binario, cada vez que esta tensión se hace menor a este mínimo. Con esto se consigue mejorar el rendimiento energético, logrando que sea del orden del 80%.

La tensión de síntesis generada por el microcontrolador o unidad de control y procesado digital con salidas analógicas, por muy precisas que sean siempre son escalonadas. Para mejorar esto se dispone en el integrador diferencial un condensador entre la entrada no inversora de una amplificador operacional y masa, que actúa como filtro pasa bajos.

El amplificador de potencia comprende de un inversor, un amplificador de tensión inversor, y un seguidor de tensión.

O bien, el amplificador de potencia comprende de un inversor, dos amplificadores de tensión inversor, y una función tipo CMOS.

Tanto los inversores como los amplificadores de tensión inversor se caracterizan por el hecho de estar comprendidos por un transistor MOS canal n, y una resistencia.

Todo esto hace que el amplificador de potencia diseñado sea tecnológicamente de una gran sencillez y bajo coste, aunque sea un amplificador de potencia no lineal, cuya no linealidad que queda corregida en la misma neurona, por la evolución del sistema, consiguiéndose una respuesta lineal.

Debido a que no existen transistores MOS canal p de una tensión fuente drenador suficientemente grande, se ha recurrido a n transistores MOS canal p y n sumadores enlazados con sus puertas respectivamente.

Los sumadores diseñados se caracterizan por el hecho de estar comprendidos por un simple nudo de resistencias, donde el borne común a todas ellas es su salida, y el resto de bornes son entradas; aprovechando que la impedancia de entrada de los dispositivos a los que van conectados son muy grandes. Lo cual ha hecho tecnológicamente muy simple la obtención de un sumador.

La fuente de alimentación de tensión continua diseñada para la ocasión, se caracteriza por comprender de un integrador diferencial, que le confiere una gran estabilidad frente a variaciones de carga.

El circuito de cebado del puente de tiristores se caracteriza por tener una entrada conectada a una salida binaria del microcontrolador o unidad de control y procesado digital, que cada vez detecta que la tensión en la entrada de potencia de la neurona artificial es inferior a un mínimo, provoca un pulso que provoca el cebado de los tiristores a través de este circuito de cebado, aumentado la tensión en la entrada de potencia.

Debido a que en el mercado no existen transistores BJT de una tensión colector emisor suficientemente grande, se ha ideado una manera de obtener un transistor BJT a partir de otros junto a unas resistencias.

A este variador de frecuencia le viene el sobrenombre de universal, debido a que puede ser utilizado además para regular y controlar un motor, sirve para inyectar energía a la red eléctrica a partir de otras fuentes de energía, también sirve para diseñar una fuente de alimentación no interrumpida, y como adaptador de frecuencia de 50Hz a 60Hz, y viceversa; todo esto gracias a la gran precisión...

1. Amplificador para variador de frecuencia para motor eléctrico (M) , caracterizado por el hecho de

comprender por cada fase del motor:

- un amplificador operacional con un condensador entre salida y la entrada inversora de este, y otro condensador entre la entrada no inversora y masa;

- un nudo de resistencias, cuyo borne común enlaza con la entrada inversora, y otro nudo de resistencias cuyo borne común enlaza con la entrada no inversora;

- estando la salida del amplificador operacional conectada con un amplificador de tensión, siendo su salida una de las entradas (Vin) de la neurona, conectada al borne de una de las resistencias del nudo que conecta con la entrada inversora del amplificador;

- estando un borne del nudo (Va) conectado con la entrada no inversora, conectado a una salida de un generador de señales (GS) ;

- constituyendo la salida del amplificador de tensión la salida de la neurona artificial, la cual se conecta a una de las fases del motor;

definiéndose los componentes mencionados como una neurona artificial (Nri) cuya entrada es una señal (Vin) generada por un generador de señales (GS) , y estando su salida conectada al motor.

2. Amplificador para variador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la neurona artificial (Nri) comprende un integrador diferencial (ID) .

3. Amplificador para variador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el integrador diferencial (ID) comprende un condensador (C2) enlazado entre la entrada no inversora de un amplificador operacional y masa.

4. Amplificador para variador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que dispone en su entrada de un puente de tiristores trifásico de onda completa.

5. Amplificador para variador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el amplificador de potencia comprende un inversor (-1) , un amplificador de tensión inversor (-Avi) , y un seguidor de tensión (ST) .

6. Amplificador para variador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el amplificador de potencia (AP) comprende un inversor (-1) , dos amplificadores de tensión inversor (-Avi) , y una función tipo CMOS (FCM) .

7. Amplificador para variador según cualquiera de las dos reivindicaciones anteriores, en el que tanto el inversor (-1) como los amplificadores de tensión inversor (–Avi) comprenden un transistor MOS canal n, y una resistencia.