Dispositivo y procedimiento para el almacenamiento intermedio de energía eléctrica de frenado de un motor que funciona en un inversor.

Dispositivo para el almacenamiento intermedio de energía eléctrica de frenado de un motor que funciona en uninversor con circuito intermedio,

el cual comprende un inversor, un circuito intermedio y un dispositivo dealmacenamiento de energía,

y en el cual

el circuito intermedio (6) comprende un condensador de circuito intermedio (8) dispuesto en paralelo al inversor (5),el inversor (5) está preparado para la conexión al motor (2) y está conectado entre el motor (2) y el circuitointermedio (6), y el inversor (5) presenta un estado de realimentación en el que se transmite energía del inversor (5)al condensador (8) del circuito intermedio (6),

el dispositivo de almacenamiento de energía (9) comprende un acumulador de energía (11), una unidad dedetección (14) y una electrónica de control (13), así como una unidad de medición (15) que mide una tensión decircuito intermedio UZKm en el condensador de circuito intermedio (8), y en el cual

- la unidad de detección (14) detecta el estado de retroalimentación del inversor (5),

- al detectarse el estado de retroalimentación, la electrónica de control (13) conmuta un conmutador (21) deldispositivo de almacenamiento de energía (9) a una posición de absorción de energía, de tal forma que elacumulador de energía (11) funcione en paralelo al condensador de circuito intermedio (8) y el acumulador deenergía (11) absorba energía procedente del circuito intermedio (6),

- el inversor (5) presenta una salida de conmutación (51) para una señal de conmutación que puede serdetectada por la unidad de detección (14), y la unidad de detección (14) detecta el estado de retroalimentacióndel inversor (5) cuando la señal de conmutación está presente en la salida de conmutación (51) del inversor (5)y

caracterizado porque

la unidad de medición (15) mide la tensión del circuito intermedio en el condensador de circuito intermedio (8)cuando después de la conexión del inversor (5) una señal de conmutación está presente por primera vez en unasalida de conmutación (51) del inversor (5), formándose a partir de la tensión medida del circuito intermedio UZKm elvalor de referencia para la detección del estado de retroalimentación.

Dispositivo y procedimiento para el almacenamiento intermedio de energía eléctrica de frenado de un motor que funciona en un inversor.

La presente invención se refiere a un dispositivo para el almacenamiento intermedio de energía eléctrica de frenado de un motor que funciona en un inversor con circuito intermedio así como a un procedimiento para el almacenamiento intermedio y a un dispositivo de almacenamiento de energía para la conexión a un circuito intermedio de un inversor.

En muchas máquinas accionadas por motor son necesarios frecuentes arranques y paradas del motor. Durante el arranque del motor se necesita una elevada corriente de arranque; y por consiguiente es elevado el consumo de energía. Al frenar, habitualmente, el motor debe pararse lo más rápidamente posible. En muchos casos de aplicación no es aceptable una finalización gradual de la marcha hasta que se haya gastado su energía cinética, por ejemplo por rozamiento. Más bien es imprescindible que se alcance rápidamente la parada del motor. Posibles casos de aplicación son por ejemplo las prensas eléctricas.

En la industria transformadora de plástico, por ejemplo, se hacen funcionar a motor extrusionadoras a través de un tornillo sin fin para suministrar a la extrusionadora una cantidad de plástico predeterminada. Para que la pieza de plástico que ha de ser fabricada presente la forma deseada, el tornillo sin fin ha de pararse sin retraso.

Las aplicaciones tienen en común que se producen frecuentes arranques y paradas, generalmente 2 a 3 veces por minuto o más. Los motores están conectados a una fuente de tensión a través de un inversor con circuito intermedio. Si el motor se hace funcionar en la red de alimentación, entre el circuito intermedio y la red está conectado un inversor. Este principio no sólo se emplea en instalaciones estacionarias, sino que también puede aplicarse en aparatos y dispositivos móviles, por ejemplo en un aparato de manejo de estanterías de un almacén de estanterías altas en el que las mercancías se posicionan a diferentes niveles.

En este tipo de instalaciones y aparatos, durante el frenado del motor se libera energía de frenado que no puede ser evacuada por el motor a través del inversor. Generalmente, no está prevista ninguna retroalimentación a la red, ya que los componentes necesarios encarecerían fuertemente la instalación.

Por ello, para evacuar la energía de frenado liberada, habitualmente se emplean las llamadas resistencias de frenado como resistencias de carga que absorben la energía y la convierten en calor. La conexión de la resistencia de frenado se realiza normalmente a través de un interruptor electrónico de potencia que es parte integrante del inversor. La conexión y desconexión de la resistencia de frenado según las necesidades son controladas por una electrónica de control del inversor. De esta forma, queda garantizada una acción conjunta óptima entre el sistema de accionamiento (incluido el inversor) y la resistencia de frenado (independiente) . Normalmente, la resistencia de frenado es un componente externo y se selecciona sustancialmente según la potencia punta y la potencia continua necesarias. Generalmente, se usan piezas usuales en el mercado que pueden emplearse para los inversores y las tensiones más diversos del motor.

Sin embargo, una desventaja del uso de resistencias de frenado es que la energía de frenado se convierte en calor y el calor debe ser evacuado.

Por el documento US6, 333, 611B1 se conoce un control para una máquina de moldeo por inyección para asistir el arranque del accionamiento desde un acumulador de energía.

Dicho acumulador se carga parcialmente durante el frenado del motor y, antes de cada procedimiento de arranque del motor, el acumulador se carga a su valor máximo con un dispositivo de carga. Para ello, se requiere un circuito de carga controlado a través del controlador del inversor. Sin embargo, en dicho circuito resulta extremadamente problemático que no están previstas medidas de limitación de corriente y que durante la aceleración del motor fluye una elevada corriente de compensación que constituye prácticamente un cortocircuito. Un dispositivo similar se describe también en el documento EP1484831A2.

El documento US2001/0017238A1 describe un control para un ascensor. En éste, mediante una pequeña batería se acumula una parte de la energía originada durante el frenado. El dispositivo para el almacenamiento intermedio es parte del control del ascensor y está adaptado a éste. Sin embargo, la unidad de control tiene sólo una baja dinámica, por lo que adicionalmente es necesario el uso de una resistencia de frenado. Una gran parte de la energía de frenado se convierte en calor y se gasta.

Por lo tanto, en el estado de la técnica existe el objetivo de proporcionar un dispositivo mejorado con el que el motor que funciona en el inversor se quede parado lo más rápidamente posible y que tenga una eficiencia mejorada.

El presente objetivo se consigue mediante un dispositivo para el almacenamiento intermedio de energía de frenado eléctrica con las características de la reivindicación 1, mediante un dispositivo de almacenamiento de energía para la conexión a un circuito intermedio de un inversor para la alimentación de un motor con las características de la reivindicación 11 así como mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 13.

El dispositivo de almacenamiento de energía según la invención sirve para el almacenamiento intermedio de energía de frenado eléctrica de un motor que funciona en un inversor. Para ello, el dispositivo de almacenamiento de energía se conecta a un circuito intermedio de un inversor. Para ello, comprende un acumulador de energía, una unidad de detección y una electrónica de control. La unidad de registro detecta un estado de retroalimentación del inversor, en el que frena el motor, es decir en el que funciona como generador y se transmite energía del inversor al circuito intermedio. Al detectar el estado de retroalimentación, la electrónica de control conmuta un conmutador en el dispositivo de almacenamiento de energía de tal forma que el acumulador de energía funcione en paralelo al condensador del circuito intermedio absorbiendo energía desde el circuito intermedio.

El conmutador empleado en el dispositivo de almacenamiento de energía puede ser un conmutador electrónico, por ejemplo un conmutador de semiconductores. No obstante, también puede estar realizado por una pluralidad de elementos de conmutación. Por ejemplo, el conmutador puede estar realizado por una combinación de transistores y diodos o por uno o varios IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) .

Al conectar el dispositivo de almacenamiento de energía a un inversor con circuito intermedio queda formado por tanto un dispositivo apto para el almacenamiento intermedio de energía de frenado eléctrica de un motor. El motor está conectado al inversor. Al circuito intermedio está conectado habitualmente un rectificador a través del cual se establece la conexión a la red de tensión de alimentación. El circuito intermedio del inversor comprende un condensador de circuito intermedio conectado en paralelo al inversor. La red de tensión de alimentación puede ser por ejemplo la red de 220/230 V típica o la red de 380/400 V. También es posible usar otras redes con otras tensiones y/o frecuencias (diferentes a 50 Hz/ 60 Hz) , por ejemplo en redes ferroviarias. En este caso, ha de adaptarse correspondientemente el inversor con el circuito intermedio y el rectificador.

Cuando se frena el motor que funciona en el inversor, se transmite energía del motor al inversor. Sin embargo, el circuito intermedio con el condensador de circuito intermedio sólo puede absorber muy poca energía. Por consiguiente, ha de evacuarse la energía (sobrante) . Según la invención, en lugar de la resistencia de frenado, ahora se usa un dispositivo de almacenamiento de energía que comprende un acumulador de energía que puede conectarse en paralelo al condensador del circuito intermedio para absorber y almacenar la energía del condensador del circuito intermedio.

En una forma de realización preferible, la electrónica de control detecta el régimen de alimentación del inversor y controla un conmutador del dispositivo de almacenamiento de energía de tal forma que funcione en un régimen de emisión de energía (régimen tampón) en el que se retransmite energía del acumulador de energía al circuito intermedio. Durante ello, la energía almacenada previamente en el acumulador de energía se suministra al motor en caso de necesidad y de forma controlada.

El acumulador de energía del dispositivo de almacenamiento de energía puede... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para el almacenamiento intermedio de energía eléctrica de frenado de un motor que funciona en un inversor con circuito intermedio, el cual comprende un inversor, un circuito intermedio y un dispositivo de almacenamiento de energía, y en el cual el circuito intermedio (6) comprende un condensador de circuito intermedio (8) dispuesto en paralelo al inversor (5) , el inversor (5) está preparado para la conexión al motor (2) y está conectado entre el motor (2) y el circuito intermedio (6) , y el inversor (5) presenta un estado de realimentación en el que se transmite energía del inversor (5) al condensador (8) del circuito intermedio (6) , el dispositivo de almacenamiento de energía (9) comprende un acumulador de energía (11) , una unidad de detección (14) y una electrónica de control (13) , así como una unidad de medición (15) que mide una tensión de circuito intermedio UZKm en el condensador de circuito intermedio (8) , y en el cual

-la unidad de detección (14) detecta el estado de retroalimentación del inversor (5) ,

-al detectarse el estado de retroalimentación, la electrónica de control (13) conmuta un conmutador (21) del dispositivo de almacenamiento de energía (9) a una posición de absorción de energía, de tal forma que el acumulador de energía (11) funcione en paralelo al condensador de circuito intermedio (8) y el acumulador de energía (11) absorba energía procedente del circuito intermedio (6) ,

-el inversor (5) presenta una salida de conmutación (51) para una señal de conmutación que puede ser detectada por la unidad de detección (14) , y la unidad de detección (14) detecta el estado de retroalimentación del inversor (5) cuando la señal de conmutación está presente en la salida de conmutación (51) del inversor (5) y

caracterizado porque la unidad de medición (15) mide la tensión del circuito intermedio en el condensador de circuito intermedio (8) cuando después de la conexión del inversor (5) una señal de conmutación está presente por primera vez en una salida de conmutación (51) del inversor (5) , formándose a partir de la tensión medida del circuito intermedio UZKm el valor de referencia para la detección del estado de retroalimentación.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de detección (14) detecta el estado de retroalimentación del inversor (5) cuando la tensión medida del circuito intermedio UZKm es superior a un valor de referencia.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el valor de referencia se forma a partir de la tensión medida del circuito intermedio UZKm y un valor de corrección K, preferentemente de tal forma que el valor de referencia formado se encuentre por debajo de la tensión medida del circuito intermedio UZKm.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de almacenamiento de energía (9) comprende un convertidor elevador (20) y/o un convertidor reductor (19) .

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la corriente que fluye por el dispositivo de almacenamiento de energía (8) se adapta en función de la tensión presente en el circuito intermedio (6) .

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de almacenamiento de energía (9) presenta una resistencia de frenado (24) dispuesta en paralelo al acumulador de energía (11) .

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque la resistencia de frenado (24) está dispuesta de tal forma que al excederse un valor umbral superior o al excederse un grado de carga predefinido del acumulador de energía (11) fluye una corriente por la resistencia de frenado (24) y se transmite energía del circuito intermedio (6) a la resistencia de frenado (24) , estando dispuesta la resistencia de frenado (24) preferentemente entre la salida de conmutación (51) del inversor (5) y la conexión positiva del dispositivo de almacenamiento de energía (9) .

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de detección (14) detecta un régimen de alimentación del inversor (5) en el que se transmite energía del circuito intermedio (6) al inversor (5) .

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque, cuando detecta el régimen de alimentación, la electrónica de control (13) conmuta un conmutador (21) del dispositivo de almacenamiento de energía (9) a una posición de emisión de energía, de tal forma que se transmita energía del acumulador de energía (11) al circuito intermedio (6) .

10. Dispositivo de almacenamiento de energía para la conexión a un circuito intermedio de un inversor y para el almacenamiento intermedio de energía de frenado eléctrica de un motor que funciona en el inversor, en un dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende un acumulador de energía (11) , una unidad de detección (14) y una electrónica de control (13) así como una unidad de medición (15) que mide una tensión de circuito intermedio UZKm en el condensador de circuito intermedio (8) ,

en el cual la unidad de detección (14) detecta un estado de retroalimentación del inversor (5) en el que el motor (2) funciona como generador y transmite energía del inversor (5) al circuito intermedio (6) cuando una señal de conmutación que puede ser detectada por la unidad de detección (14) está presente en una salida de conmutación (51) del inversor

(5) y al detectarse el régimen de retroalimentación, la electrónica de control (13) conmuta un conmutador (21) del dispositivo de almacenamiento de energía (9) de tal forma que el acumulador de energía (11) funcione en paralelo al condensador de circuito intermedio (8) y el acumulador de energía (11) absorba energía procedente del circuito intermedio (6) ,

caracterizado porque la unidad de medición (15) mide la tensión del circuito intermedio en el condensador de circuito intermedio (8) cuando después de la conexión del inversor (5) una señal de conmutación está presente por primera vez en una salida de conmutación (51) del inversor (5) , formándose a partir de la tensión medida del circuito intermedio UZKm el valor de referencia para la detección del estado de retroalimentación.

11. Dispositivo de almacenamiento de energía según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de detección (14) detecta el régimen de retroalimentación del inversor (5) cuando la tensión medida del circuito intermedio UZKm se encuentra por encima de un valor de referencia.

12. Procedimiento para el almacenamiento intermedio de energía de frenado eléctrica de un motor que funciona en un inversor con circuito intermedio, mediante un dispositivo de almacenamiento de energía (9) para la conexión al circuito intermedio (6) del inversor (5) , en el cual el dispositivo de almacenamiento de energía (9) comprende un acumulador de energía (11) , una unidad de detección (14) y una electrónica de control (13) y el inversor (5) presenta un régimen de retroalimentación en el que se transmite energía del inversor (5) al circuito intermedio (6) , y en el cual el inversor (5) presenta una salida de conmutación (51) en la que en el estado de retroalimentación del inversor (5) está presente una señal de conmutación detectable, caracterizado por los siguientes pasos:

-detección de la señal de conmutación en la salida de conmutación (51) mediante la unidad de detección (14) ,

-detección del estado de retroalimentación del inversor (5) al estar presente la señal de conmutación en la salida de conmutación (51) ,

- medición de la tensión del circuito intermedio en el condensador de circuito intermedio (8) por la unidad de medición (15) cuando después de la conexión del inversor (5) una señal de conmutación está presente por primera vez en la salida de conmutación (51) del inversor (5)

- formación de un valor de referencia para la detección del estado de retroalimentación a partir de la tensión medida del circuito intermedio UZKm

- al detectarse el régimen de retroalimentación del inversor (5) , conmutación de un conmutador (21) del dispositivo de almacenamiento de energía (9) de tal forma que el acumulador de energía (11) funcione en paralelo al circuito intermedio (6) , y

- almacenamiento de energía procedente del circuito intermedio (6) en el acumulador de energía (11) .

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por los siguientes pasos:

-detección de un estado de alimentación del inversor (5) en el que se transmite energía del circuito intermedio

(6) al inversor (5) ,

-al detectarse el régimen de alimentación, conmutación del conmutador (21) a una posición de emisión de energía, y

-transmisión de energía del acumulador de energía (11) al circuito intermedio (6) .