Método y sistema de gestión de energía de un motor (1) eléctrico,

preferentemente un motor de tracción de un sistema de ascensor, donde un gestor de energía (4) controla el flujo de energía entre una red eléctrica (3, 3'), unos medios de almacenamiento (2) de energía y el motor (1) eléctrico, de modo que proporciona energía al motor (1) cuando lo requiere; almacena en los medios de almacenamiento (2) energía procedente del motor (1) cuando opera según un modo de operación en el que genera energía, y cuando dicho motor está parado, o su consumo de energía está por debajo de un límite, almacena en los medios de almacenamiento (2) energía de la red eléctrica (3, 3') hasta llegar a un determinado umbral (Eth_1).

Método y sistema de gestión de energía de un motor eléctrico.

Campo de la invención

La presente invención se aplica al campo de los sistemas de alimentación de motores eléctricos, y más concretamente, a un sistema de gestión de energía de los mismos, especialmente aplicable a un sistema de ascensor.

Antecedentes de la invención

En general, los sistemas de ascensor, en su parte de energía se basan en un accionamiento que controla la velocidad de un motor de tracción, el cual acciona una polea de tracción que en su movimiento de giro desplaza por adherencia los cables de los que sustentan por una parte la cabina del ascensor y por la otra un contrapeso. Dependiendo de su modo de operación, el motor puede consumir (funcionamiento en tracción) o generar energía eléctrica. El funcionamiento en tracción no se limita a las aceleraciones. Esto es debido a que existe un contrapesado, generalmente al 50% de la carga máxima que puede llevar la cabina. Por tanto, si la cabina está vacía, un viaje de bajada supone una operación de tracción que consume energía, y un viaje de subida, es una operación de frenado o de generación de energía. Por el contrario, si la cabina está cargada con mas del 50% de la carga máxima, un viaje de bajada supone una operación de frenado, y un viaje de subida, es una operación de tracción.

Tradicionalmente, la energía utilizada por dicho motor viene dada por una red eléctrica trifásica convencional, y en los casos en los que el motor funciona como generador (segundo modo de operación), la energía que se genera se disipa en una resistencia de frenado.

El sistema tradicional descrito supone un uso poco eficiente de la energía, habiendo sido mejorado en el estado de la técnica mediante la incorporación de medios de almacenamiento locales que permiten almacenar la energía generada durante las fases de frenado, pudiendo ser posteriormente reaprovechada cuando el motor pase a consumir energía. Se consigue así, por lo tanto, una reducción de la energía de red consumida, así como de la potencia de pico máxima a extraer de dicha red.

WO 2001/74699 presenta un sistema con estas características, en el que los medios de almacenamiento de energía son ultracapacidades, las cuales almacenan los picos de energía generada por el motor, y la reutilizan para alimentar al motor durante los picos de consumo del mismo. Este sistema, si bien reduce los picos de energía a extraer de la red eléctrica, sigue teniendo un consumo total de dicha red susceptible de ser optimizado. Se conocen también sistemas similares en los que las ultracapacidades son sustituidas por baterías, pudiendo estar los medios de almacenamiento tanto en paralelo con la red eléctrica respecto al motor, como en serie entre la red eléctrica y el motor.

Otros sistemas, como por ejemplo el presentado en WO 2001/74703 incluyen también medios de almacenamiento de energía, aunque en este caso, en vista a suministrar energía al motor en situaciones de emergencia en las que falla el suministro de la red eléctrica, permitiendo al motor llevar a la cabina hasta una planta y evacuar por tanto a los pasajeros (es decir, realizar un rescate automático).

No obstante, sigue existiendo la necesidad de un sistema de gestión de energía que mantenga estas prestaciones de seguridad (rescate automático), y que al mismo tiempo reduzca la potencia de pico que se necesita extraer de la red eléctrica, así como la energía total consumida de dicha red, permitiendo reducir la potencia contratada, e incluso, utilizar como red de alimentación una red monofásica de baja potencia en lugar de una red trifásica.

Resumen de la invención

La presente invención soluciona los problemas anteriormente descritos mediante una gestión de energía entre un motor eléctrico (preferentemente un motor de tracción de un sistema de ascensor o similar), una red eléctrica, y unos medios de almacenamiento de energía (por ejemplo baterías o ultracapacidades), que varia en función de unos modos de operación de dicho motor para optimizar el consumo de la red eléctrica, permitiendo incluso utilizar una red monofásica de baja potencia.

En un primer aspecto de la invención, se presenta un método de gestión de energía de, al menos, un motor eléctrico que controla los flujos de energía entre dicho motor, la red eléctrica, y unos medios de almacenamiento de energía, en función de unos modos de operación del motor, y de un nivel de energía de dichos medios de almacenamiento, según se describe a continuación:

- Si el motor genera energía, se almacena la energía generada en los medios de almacenamiento. Si se supera la capacidad máxima de dichos medios de almacenamiento, la energía sobrante se disipa en forma de calor mediante un circuito de frenado.

- Si el motor está parado, o consume energía por debajo de un umbral de suministro de la red, se almacena energía de la red eléctrica en los medios de almacenamiento.

- Si el motor consume energía, se le proporciona dicha energía, preferentemente desde la red eléctrica hasta un límite de suministro (P_max), completando el resto de la energía requerida desde los medios de almacenamiento. Preferentemente, para el caso particular de los sistemas de ascensor, la energía almacenada en los medios de almacenamiento no baja de un segundo umbral de seguridad, que permite realizar maniobras de emergencia (ó modo de operación de seguridad) cuando se produce un fallo en la red eléctrica, permitiendo a la cabina desplazarse hasta la altura de una planta y proceder con la evacuación de sus ocupantes.

En un segundo aspecto de la invención, se presenta un sistema que implementa el método descrito mediante unos medios de gestión que dirigen el flujo de energía tal y como se ha descrito para el método de la invención, actuando sobre unos convertidores de potencia conectados a los distintos elementos del sistema.

Se consigue así optimizar el comportamiento energético del sistema, reduciendo el consumo y potencia de pico proporcionados por la red eléctrica, y permitiendo incluso la utilización de redes monofásicas para la alimentación del sistema.

Breve descripción de las figuras

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo y para complementar esta descripción, se acompaña como parte integrante de la misma las siguientes figuras, cuyo carácter es ilustrativo y no limitativo:

La figura 1 muestra un esquema del sistema de la invención según una primera realización del mismo para redes trifásicas.

La figura 2 muestra un esquema del sistema de la invención según una segunda realización del mismo para redes monofásicas.

La figura 3 muestra un esquema del sistema de la invención según una tercera realización del mismo, también para redes monofásicas.

La figura 4 presenta un esquema de los niveles de energía de los medios de almacenamiento de energía y de sus correspondientes umbrales.

La figura 5 muestra unas gráficas que ejemplifican el intercambio de energía entre el sistema, la red eléctrica y el motor.

Descripción detallada de la invención

En este texto, el término "comprende" y sus derivaciones (como "comprendiendo", etc.) no deben entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos términos no deben interpretarse como excluyentes de la posibilidad de que lo que se describe y define pueda incluir más elementos, etapas, etc.

A pesar de que esta descripción se detalla para un sistema ascensor, debe entenderse como un ejemplo no limitativo, siendo el método y sistema de la invención válido para cualquier motor eléctrico capaz tanto de consumir como de generar energía.

La figura 1 presenta un esquema del sistema de la invención de acuerdo con una realización particular del mismo que utiliza como alimentación eléctrica una red eléctrica trifásica 3. En dicha realización, un motor 1 se conecta a la red eléctrica 3 a través de un variador 11, que comprende un rectificador 8, un inversor 10 y un circuito de frenado 12 conectados a un bus de corriente continua (DC) 9. El sistema de la invención se conecta al variador 11 a través de dicho bus DC 9. En concreto al bus DC 9 se conectan un convertidor de potencia (DC/DC) 5 y un convertidor de corriente continua a corriente alterna...

1. Método de gestión de energía de, al menos, un motor (1) eléctrico, que comprende:

- si el motor (1) opera según un primer modo de operación en el que consume energía eléctrica, suministrar energía eléctrica al motor (1);

- si el motor (1) opera según un segundo modo de operación en el que genera energía eléctrica, almacenar la energía generada por el motor (1) en unos medios de almacenamiento (2) de energía eléctrica mientras la energía almacenada en dichos medios de almacenamiento (2) es menor que una capacidad máxima (E_max) de los medios de almacenamiento (2);

caracterizado porque comprende:

- si el motor (1) está parado o si el motor (1) opera según el primer modo de operación y consume menos energía que un umbral de suministro de una red de suministro eléctrico (3, 3'), y la energía almacenada en los medios de almacenamiento (2) es menor que un primer umbral de almacenamiento (E_{th_1}), almacenar energía de la red de suministro eléctrico (3, 3') en los medios de almacenamiento (2), siendo dicho primer umbral de almacenamiento (E_{th_1}) menor que la capacidad máxima (E_max) de los medios de almacenamiento (2).

2. Método según la reivindicación 1 donde, si el motor (1) opera según el primer modo de operación en el que consume energía eléctrica, al menos una parte de la energía suministrada al motor (1) se extrae de la red de suministro eléctrico (3, 3'), donde dicha energía extraída de la red de suministro eléctrico (3, 3') es menor o igual que una potencia de red máxima (P_max).

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 donde, si el motor (1) opera según el primer modo de operación en el que consume energía eléctrica, y si la energía almacenada en los medios de almacenamiento (2) es mayor que un segundo umbral de almacenamiento (E_{th_2}), al menos una parte de la energía suministrada al motor (1) se extrae de los medios de almacenamiento (2), donde dicho segundo umbral de almacenamiento (E_{th_2}) es menor que el primer umbral de almacenamiento (E_{th_1}).

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde el motor (1) es un motor de tracción de un sistema de ascensor, comprendiendo además dicho sistema de ascensor una cabina.

5. Método según la reivindicación 4 que comprende, si se produce un fallo en la red de suministro eléctrico (3, 3'), suministrar al motor (1) energía almacenada en los medios de almacenamiento (2) mientras el motor (1) opera según un modo de operación de seguridad.

6. Método según la reivindicación 5 que comprende, si se produce un fallo en la red de suministro eléctrico (3, 3'), suministrar también a unos medios de control del motor (13) energía almacenada en los medios de almacenamiento (2).

7. Sistema de gestión de energía que comprende:

- medios de almacenamiento (2) de energía eléctrica;

- un convertidor de potencia (5) configurado para conectarse a los medios de almacenamiento (2) de energía y a un bus (9) de corriente continua de un variador (11), donde dicho bus (9) está configurado para conectarse a una red de suministro eléctrico (3, 3'), y a al menos un motor (1) eléctrico a través de al menos un inversor (10);

- medios de gestión (4) configurados para