Procedimiento para arrancar un motor eléctrico síncrono monofásico de imán permanente y dispositivo electrónico para poner en práctica dicho procedimiento.

Procedimiento para arrancar un motor eléctrico síncrono monofásico (1) que comprende un rotor de imánpermanente (15) y un estator (10) provisto de devanados (11) conectados a una rejilla eléctrica (22) por medio de unconmutador (21);



comprendiendo dicho procedimiento al menos una etapa de aplicación de una lógica de control de dichoconmutador (21),

proporcionando dicha lógica de control unas primera y segunda condiciones para conectar dicho conmutador,teniendo como finalidad dichas primera y segunda condiciones la de asegurar que, durante la aplicación dedicha lógica de control, la corriente que circula por los devanados (11) es principalmente del mismo signo quela fuerza contraelectromotriz generada por el motor eléctrico(1);

siendo dicha primera condición verificada cuando una señal de la fuerza contraelectromotriz detectadapresenta el mismo signo que una señal de voltaje de la rejilla eléctrica;

siendo dicha segunda condición verificada cuando dicha señal de la fuerza contraelectromotriz presenta elmismo signo que su valor de primera derivada

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10425250.

Solicitante: ASKOLL HOLDING S.R.L..

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: VIA INDUSTRIA, 30 36031 POVOLARO DI DUEVILLE (VICENZA) ITALIA.

Inventor/es: MARIONI, ELIO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02P1/46 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE.H02P 1/00 Disposiciones para arrancar motores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos (arranque de motores síncronos con conmutadores electrónicos H02P 6/20, H02P 6/22; arranque de motores dínamoeléctricos que giran paso a paso H02P 8/04; control vectorial H02P 21/00). › para hacer arrancar individualmente un motor síncrono.
  • H02P27/02 H02P […] › H02P 27/00 Disposiciones o métodos para el control de motores de CA caracterizados por la clase de voltaje de alimentación (de dos o más motores H02P 5/00; de motores síncronos con conmutadores electrónicos H02P 6/00; de motores de CC H02P 7/00; de motores paso a paso H02P 8/00). › utilizando un voltaje de alimentación de frecuencia constante y amplitud variable.
  • H02P6/00 H02P […] › Disposiciones para controlar los motores sincronos u otros motores dinamoeléctricos con conmutadores electrónicos en función de la posición del rotor; Conmutadores electrónicos a este fin (control vectorial H02P 21/00).
  • H02P6/18 H02P […] › H02P 6/00 Disposiciones para controlar los motores sincronos u otros motores dinamoeléctricos con conmutadores electrónicos en función de la posición del rotor; Conmutadores electrónicos a este fin (control vectorial H02P 21/00). › sin elemento separado para detectar la posición, p. ej. utilizando la fuerza contra-electromotriz de los arrollamientos.

PDF original: ES-2426607_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento para arrancar un motor eléctrico síncrono monofásico de imán permanente y dispositivo electrónico para poner en práctica dicho procedimiento Campo de la solicitud

La presente invención se refiere, en su aspecto más general, a un procedimiento para arrancar un motor eléctrico síncrono monofásico de imán permanente, así como a un dispositivo electrónico que se puede asociar con un motor eléctrico para poner en práctica dicho procedimiento de arranque.

En particular, el procedimiento se refiere al arranque de motores eléctricos síncronos monofásicos utilizados en aplicaciones caracterizadas por una gran necesidad de reducir el coste y el volumen. Por ejemplo, se refiere al arranque de motores eléctricos utilizados en aparatos domésticos como por ejemplo lavadoras y lavaplatos.

Técnica anterior

Como es sabido, los motores síncronos, al tiempo que se benefician de una eficiencia energética elevada y de una excelente estabilidad de la velocidad operativa, presentan un inconveniente sustancial vinculado a la dificultad de su arranque.

En efecto, durante la etapa de arranque el rotor debe ser conducido de la velocidad cero a un estado de acoplamiento de frecuencia con la fuente de suministro de energía de la máquina. En la práctica, con el fin de hacer posible dicho acoplamiento de frecuencia se adoptan medidas técnicas, mecánicas y/o electrónicas, las cuales, por supuesto, implican un coste de fabricación y de instalación sustancial.

En particular, los sistemas electrónicos incluyen el uso de circuitos consistentes en un inversor y un interruptor, los cuales permiten que la frecuencia y la amplitud de onda del voltaje de la rejilla puedan ser fácilmente modificadas, cambiándolas durante la etapa de arranque.

Por otro lado, dichos circuitos, aunque resuelven de forma satisfactoria el problema del arranque del motor, presentan un elevado grado de complejidad y, por tanto, afectan sustancialmente al coste global del dispositivo. En efecto, han sido desarrollados y optimizados para máquinas trifásicas, y son excesivamente onerosos e inapropiados para controlar motores síncronos bifásicos y, sobre todo, motores síncronos monofásicos de baja potencia.

En el funcionamiento de los motores polifásicos, los diversos devanados relativos a las diferentes fases no son siempre alimentados de manera simultánea por la corriente. Por tanto, a menudo existe al menos una bobina no alimentada a través de la cual se lleva a cabo una medición de la fuerza contraelectromotriz generada por la máquina. Gracias a dicha medición es posible estimar la posición del rotor incluso sin la ayuda de sensores específicos, lo cual permite que el arranque sea controlado con sistemas electrónicos con un coste lo suficientemente bajo. Sin embargo, una solución de este tipo no puede ser puesta en práctica en motores monofásicos, dado que la fuerza contraelectromotriz sobre ellos no puede ser obtenida cuando la corriente del devanado de fase es distinta de cero.

Asimismo, precisamente los motores monofásicos, en particular en la forma de realización con imanes permanentes, son de uso particularmente extendido en el mercado gracias a su bajo coste de producción. En la actualidad, su arranque se facilita generalmente con medidas mecánicas, precisamente para mantener su coste dentro de límites aceptables. Las medidas mecánicas utilizadas con tal finalidad, sin embargo, acarrean problemas adicionales en cuanto a la eficiencia energética y al ruido.

El problema técnico que constituye la base de la presente invención es, por tanto, idear un procedimiento de arranque y un dispositivo electrónico respectivo para su puesta en práctica que hagan posible el arranque eficaz de los motores síncronos monofásicos que utilizan imanes permanentes, con unos costes de fabricación e instalación bajos.

Sumario de la invención El problema técnico anteriormente mencionado se resuelve mediante un procedimiento para el arranque de un motor eléctrico síncrono monofásico que comprende un rotor de imán permanente y un estator provisto de unos devanados conectados a una rejilla eléctrica por medio de un conmutador.

Dicho procedimiento comprende al menos una etapa de aplicación de una lógica de control de dicho conmutador, la cual emplea dos condiciones para la conmutación con el fin de asegurar que la corriente que circula por los devanados sea principalmente (esto es, la mayoría del tiempo) del mismo signo que la fuerza contraelectromotriz generada por el motor eléctrico.

A continuación, se explicará brevemente por qué dicho dispositivo asegura un arranque satisfactorio del motor eléctrico.

El par de accionamiento, CM desarrollado instantáneamente por la corriente en los devanados viene dado por el producto:

CM = -i (t) · Φ · sen (θ (t) )

donde Φ es el valor máximo del flujo inducido por el imán en los devanados y θ es el desplazamiento angular del rotor.

Por otro lado, la fuerza contraelectromotriz es:

fcem = -Φωm· sen (θ (t) )

por lo tanto:

CM ·ωm = fcem · i (t)

Con el fin de obtener un valor de par de torsión CM de acuerdo con la velocidad de rotación ωm, esto es, para asegurar un par de accionamiento y no un par de frenado durante el arranque, es por tanto necesario, de acuerdo con lo establecido anteriormente, que la corriente que circula por los devanados sea del mismo signo que la fuerza contraelectromotriz.

La primera condición para la conmutación sobre el conmutador se verifica cuando una señal detectada de una fuerza contraelectromotriz presenta el mismo signo que una señal eléctrica del voltaje de la rejilla, mientras que una segunda condición se verifica cuando dicha señal de la fuerza contraelectromotriz presenta el mismo signo que el valor de su primera derivada.

La lógica de control descrita con anterioridad, que también se puede accionar en un modo sin sensores con componentes de bajo coste, hace posible un arranque sencillo y eficaz de un motor eléctrico síncrono monofásico.

La señal de la fuerza contraelectromotriz puede, en efecto, ser fácilmente obtenida sin ayuda de sensores, por ejemplo, cuando la diferencia entre el voltaje de la rejilla eléctrica y el voltaje a través del conmutador en los periodos en los cuales la corriente alimentada hacia los devanados es cero. La condición de corriente cero puede ser evaluada asegurando que el voltaje a través del conmutador es suficientemente distinto de cero o, si no, por medio de una resistencia de derivación.

Asimismo, dado que la lógica de control descrita con anterioridad controla solo las condiciones de la conmutación sobre el conmutador, para su puesta en práctica, el conmutador utilizado puede ser un simple conmutador TRIAC, el cual interrumpe la conexión eléctrica en el momento en que la corriente pasa por cero.

Una lógica de control más elaborada, que comprende una condición para la desconexión del conmutador cuando hay una diferencia de signo entre la corriente y la fuerza contraelectromotriz, requeriría, por otro lado, un conmutador que permitiera la interrupción de la corriente, así como unos circuitos apropiados para absorber la energía disipada en la inductancia de los devanados del estator. Dicha lógica requeriría asimismo la adquisición de la señal de corriente y la estimación de la fuerza contraelectromotriz, mediante la implantación de circuitos complejos, también en los momentos en los que la corriente circula por los devanados.

De hecho, sin embargo, la segunda condición de la lógica de control de acuerdo con la presente invención, impide situaciones con la corriente del estator que diferente de la fuerza contraelectromotriz, convirtiendo en superflua la condición de desconexión del conmutador y simplificando de manera sustancial la arquitectura de control y su puesta en práctica.

La verificación de dicha primera condición puede fácilmente ser puesta en práctica mediante la aplicación de una operación de lógica XNOR a una señal cuadrada de la fuerza contraelectromotriz y a una señal de sincronización de la rejilla.

La segunda condición puede ser también fácilmente verificada mediante la aplicación de una operación de lógica XNOR a una señal cuadrada de la fuerza contraelectromotriz y a una señal cuadrada de la primera derivada de la fuerza contraelectromotriz.

Como alternativa, la primera y la segunda condiciones pueden ser verificadas de manera simultánea mediante la aplicación de una operación de lógica XNOR entre la señal de sincronización de la rejilla y una segunda señal cuadrada, obtenida a partir de la suma entre la señal... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

Procedimiento para arrancar un motor eléctrico síncrono monofásico (1) que comprende un rotor de imán permanente (15) y un estator (10) provisto de devanados (11) conectados a una rejilla eléctrica (22) por medio de un conmutador (21) ;

comprendiendo dicho procedimiento al menos una etapa de aplicación de una lógica de control de dicho conmutador (21) ,

proporcionando dicha lógica de control unas primera y segunda condiciones para conectar dicho conmutador, teniendo como finalidad dichas primera y segunda condiciones la de asegurar que, durante la aplicación de dicha lógica de control, la corriente que circula por los devanados (11) es principalmente del mismo signo que la fuerza contraelectromotriz generada por el motor eléctrico (1) ;

siendo dicha primera condición verificada cuando una señal de la fuerza contraelectromotriz detectada presenta el mismo signo que una señal de voltaje de la rejilla eléctrica;

siendo dicha segunda condición verificada cuando dicha señal de la fuerza contraelectromotriz presenta el mismo signo que su valor de primera derivada.

Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la primera condición para la conexión del conmutador (21) se verifica mediante la aplicación de una operación lógica XNOR a una señal cuadrada de la fuerza contraelectromotriz (26) y a una señal de sincronización de la rejilla (25) .

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda condición se verifica mediante la aplicación de una operación lógica XNOR a una señal cuadrada de la fuerza contraelectromotriz

(26) y a una señal cuadrada de la primera derivada de la fuerza contraelectromotriz (27) .

Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las primera y segunda condiciones son verificadas de manera simultánea mediante la aplicación de una operación lógica XNOR a una señal de sincronización de la rejilla (25) y a una segunda señal cuadrada, obtenida de la suma entre la señal de la fuerza contraelectromotriz y la señal de su primera derivada a la escala adecuada.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que, durante la aplicación de dicha lógica de control, la conexión del conmutador (21) se produce con antelación al cumplimiento de dicha primera condición.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha segunda condición se verifica también cuando, aunque la señal de la fuerza contraelectromotriz haya adoptado un signo diferente al valor de su primera derivada, el valor máximo de la señal de la fuerza contraelectromotriz coincidente con la última variación del signo de su primera derivada presenta un valor absoluto por debajo de un valor de umbral.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende también una etapa, previa a la de la aplicación de la lógica de control, de alimentación de los devanados del estator (11) en corriente con una serie de impulsos de arranque (60) del mismo signo destinados a arrancar el rotor superando el par de retención.

Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dichos impulsos de arranque (60) presentan una intensidad progresivamente creciente.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 u 8, en el que la etapa de aplicación de la lógica de control se inicia una vez que se ha sobrepasado un umbral de control predeterminado (70) de la señal de la fuerza contraelectromotriz.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 9, que comprende también una etapa preliminar de alimentación de los devanados (11) en corriente con una serie de impulsos de alineación (50) de diferente signo con respecto a dichos impulsos de arranque (60) destinados a situar el rotor (15) en una posición de arranque predeterminada.

Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende una etapa de espera después de la alimentación de los impulsos de alineación (60) y antes de la alimentación de los impulsos de arranque (60) , durando dicha etapa de espera el tiempo suficiente para asegurar la estabilización del rotor (15) .

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la señal de la fuerza contraelectromotriz se obtiene como la diferencia entre el voltaje de la rejilla eléctrica (22) y el voltaje a través del conmutador (21) en un periodo en el que la corriente alimentada a los devanados (11) es cero.

Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el conmutador (21) es un conmutador TRIAC.

Dispositivo electrónico (20) para arrancar un motor síncrono (1) que comprende una unidad de procesamiento (30) , un conmutador (21) para alimentar dicho motor síncrono (1) controlado por dicha unidad de procesamiento (30) , recibiendo dicha unidad de procesamiento una señal de voltaje de la rejilla (23) y una señal de voltaje a través del conmutador (24) , estando dicho dispositivo electrónico (20) dispuesto para implementar el procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

Dispositivo electrónico (20) de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el conmutador (21) es un conmutador de tipo TRIAC.


 

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