MÉTODO DE REGULACIÓN DEL PAR ELECTROMAGNÉTICO DE MOTORES ELÉCTRICOS DE TRACCIÓN DE VEHÍCULOS FERROVIARIOS.
Método de regulación del par electromagnético de motores eléctricos de tracción de vehículos ferroviarios,
que emplea unos inversores que toman una tensión continúa para alimentar unos motores eléctricos y controlar su par electromagnético (Tem) , en donde los inversores se componen de unos transistores (Tr1...Tr6) que conmutan entre estados de conmutación activos (E.A) que se corresponden con una tensión no nula a la salida del inversor, y estados de conmutación nulos (E.N) que se corresponden con una tensión nula a la salida del inversor, siendo el par electromagnético (Tem) de los motores eléctricos regulado mediante la inserción selectiva de unos vectores nulos híbridos que generan estados de conmutación nulos (E.N.V) adicionales correspondientes con una tensión nula a la salida del inversor, disminuyendo así el par electromagnético (Tem) del motor eléctrico ante variaciones en la tensión continua.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201001061.
Solicitante: CAF POWER & AUTOMATION, S.L.U.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: NIEVA FATELA,TXOMIN, ALBERDI UGARTE,Adur, GAZTAÑAGA ARANZAMENDI,Haizea.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B60L15/20 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B60 VEHICULOS EN GENERAL. › B60L PROPULSION DE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE (disposición o montaje de conjuntos de propulsión eléctrica o de varios motores principales diferentes para una propulsión recíproca o común sobre los vehículos B60K 1/00, B60K 6/20; disposición o montaje de la transmisión eléctrica en los vehículos B60K 17/12, B60K 17/14; prevención del patinado de las ruedas reduciendo la fuerza motriz en vehículos sobre raíles B61C 15/08; máquinas dinamoeléctricas H02K; control o regulación de motores H02P ); SUMINISTRO DE LA ENERGIA ELECTRICA AL EQUIPO AUXILIAR DE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE (circuitos eléctricos para el acoplamiento de vehículos B60D 1/64; calefacción eléctrica para vehículos B60H 1/00 ); SISTEMAS DE FRENOS ELECTRODINAMICOS PARA VEHICULOS, EN GENERAL (control o regulación de motores H02P ); SUSPENSION O LEVITACION MAGNETICAS PARA VEHICULOS; CONTROL DE LOS PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO SOBRE LOS VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE SEGURIDAD SOBRE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE. › B60L 15/00 Métodos, circuitos o dispositivos para controlar la velocidad de los motores de tracción de vehículos propulsados eléctricamente, p.ej. la velocidad de los motores de tracción, para realizar rendimientos deseados,; Adaptación sobre el vehículo propulsado eléctricamente de la instalación de control a distancia a partir de un lugar fijo, a partir bien de diferentes puntos del vehículo, bien de diferentes vehículos de un mismo tren. › para el control de vehículo o de su motor, para realizar rendimientos deseados, p. ej. velocidad, par, variación programada de la velocidad.
- H02P21/12 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELÉCTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE. › H02P 21/00 Disposiciones o métodos de control de máquinas eléctricas mediante control por vector, p. ej., por control de la orientación del campo. › Control basado en el flujo del estátor implicando la utilización de sensores de posición de rotor o sensores de velocidad del rotor.
Fragmento de la descripción:
Método de regulación del par electromagnético de motores eléctricos de tracción de vehículos ferroviarios.
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con los métodos y procedimientos utilizados para regular y controlar el par electromagnético de motores eléctricos de tracción que se utilizan en vehículos ferroviarios, como trenes, metros o tranvías.
Estado de la técnica
La tracción de vehículos ferroviarios tales como trenes, metros o tranvías se lleva a cabo mediante unos equipos de tracción, los cuales se alimentan a través de una línea aérea denominada catenaria.
En el caso de catenarias de tensión continua, los equipos de tracción están constituidos por una sola etapa de conversión DC/AC formada por unos inversores basados generalmente en transistores IGBTs, que mediante la conmutación de dichos transistores controlan y alimentan una serie de motores eléctricos que traccionan las ruedas del vehículo ferroviario. El convertidor es el encargado de proporcionar a los motores eléctricos de tracción la forma de onda de tensión y frecuencia que requieren para conseguir las prestaciones solicitadas en cada momento.
Cuando se producen variaciones en la tensión continua de la catenaria, se inducen unos cambios repentinos en la tensión de bus del convertidor. En los modos de control donde el valor de la tensión de bus se utiliza como parámetro de control, una variación brusca de la misma genera una actuación del control que provoca un aumento del flujo de estator del motor eléctrico con su consiguiente pico de corriente y aumento del par electromagnético. Este efecto reduce la robustez de este tipo de controles.
Se hace por lo tanto necesario un método que permita una regulación eficaz del par electromagnético de los motores eléctricos de tracción ante variaciones en la tensión del bus del convertidor provocados por cambios bruscos en la tensión de la catenaria de alimentación.
Objeto de la invención
De acuerdo con la presente invención se propone un método de regulación del par electromagnético de motores eléctricos de tracción de vehículos ferroviarios, con el cual se eliminan los problemas que los modos de control convencionales presentan ante cambios bruscos de tensión en la catenaria de alimentación.
El método objeto de la invención emplea un convertidor de tensión que toma una tensión continua de una catenaria para alimentar unos motores eléctricos encargados de traccionar las ruedas del vehículo ferroviario. El convertidor de tensión está formado por unos inversores que se conectan con los motores eléctricos para controlar su flujo y par electromagnético. Dichos inversores están formados por una serie de transistores que conmutan entre estados de conmutación activos que se corresponden con una tensión no nula a la salida del inversor de tensión, y estados de conmutación nulos que se corresponden con una tensión nula a la salida del inversor, de manera que mediante la conmutación selectiva de dichos transistores se van excitando los devanados de los motores eléctricos de tracción.
Cuando se producen variaciones en la tensión continua de la catenaria, se inducen unos cambios repentinos en la tensión de bus del convertidor, lo cual genera una actuación del control que provoca un aumento del flujo de estator del motor eléctrico con su consiguiente pico de corriente y aumento del par electromagnético Para regular este aumento del par electromagnético de los motores eléctricos es necesario que los transistores del convertidor conmuten a un estado de conmutación nulo correspondiente con una tensión nula a la salida del convertidor de tensión.
Por lo tanto, la presente invención propone la inserción de unos vectores nulos híbridos que generan estados de conmutación nulos adicionales de los transistores, que se superponen a los estados de conmutación (activos y nulos) calculados por los controles de flujo y par. De esta manera se consigue una disminución controlada del par electromagnético del motor eléctrico de tracción ante aumentos bruscos de la tensión en la catenaria.
La inserción de dichos vectores nulos híbridos se lleva a cabo cuando el par electromagnético de un motor eléctrico de tracción ha superado un limite superior preestablecido, y los vectores nulos híbridos se desactivan cuando el par electromagnético (Tem) alcanza un nivel de par de referencia.
Tanto el límite superior preestablecido del par electromagnético del motor eléctrico de tracción como el nivel de par de referencia del motor eléctrico se definen en función de la aplicación y para responder a los requisitos impuestos en cada caso.
Se obtiene así un método de unas características muy ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente para la función de aplicación a la que está destinado en relación a la regulación del par electromagnético de motores eléctricos de tracción de vehículos ferroviarios.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra un convertidor de tensión que toma la tensión continua de una catenaria para alimentar a los motores eléctricos de tracción de un vehículo ferroviario.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques de un sistema de control del flujo de estator y del par electromagnético de un motor eléctrico de tracción de un vehículo ferroviario.
La figura 3 muestra unos vectores espaciales del flujo de estator y del flujo de rotor del motor eléctrico de tracción expresados en coordenadas fijas alfa-beta que representan un sistema trifásico en un plano de dos ejes.
La figura 4 muestra un diagrama de bloques del método de regulación del par electromagnético de motores eléctricos objeto de la invención.
La figura 5 muestra un diagrama de la inserción de un vector nulo híbrido en función de la evolución del par electromagnético del motor eléctrico.
Descripción detallada de la invención
Los equipos de tracción de vehículos ferroviarios tales como trenes, metros, o tranvías poseen unos convertidores de tensión que alimentan a una serie de motores eléctricos de tracción mediante la tensión extraída de una línea aérea denominada catenaria.
Los convertidores (1) de tensión están formados por unos inversores (2) basados generalmente en transistores IGBTs. En el ejemplo de realización de la invención mostrado en la figura 1, en ningún caso limitativo, un convertidor (1) de tensión está formado por dos inversores (2) que toman una tensión continua (Vcatenaria) de una catenaria para alimentar y controlar respectivamente a cuatro motores eléctricos (3) de corriente alterna trifásica, uno por cada rueda (4) del vehículo ferroviario. Cada inversor (2) dispone de seis transistores (TR1, ... TR6) IGBTs, distribuidos en parejas, y cada pareja conectada con un devanado de un motor eléctrico (3). Así, mediante unos estados de conmutación de los transistores (TR1, ... TR6) IGBTs se van excitando los devanados de los motores eléctricos (3) para provocar su movimiento.
Los transistores (TR1, ... TR6) IGBTs conmutan entre estados de conmutación activos (E.A) que se corresponden con una tensión no nula a la salida del inversor (2), y estados de conmutación nulos (E.N) que se corresponden con una tensión nula a la salida del inversor (2).
En el modo de control que se presenta en el diagrama de bloques de la figura 2, las órdenes de conmutación de los transistores (TR1, ... TR6) IGBTs se generan a partir de un bloque (C.F) de control del flujo de estator (
El flujo de estator (
Para regular ambas variables, es decir el flujo de estator (
Reivindicaciones:
1. Método de regulación del par electromagnético de motores eléctricos de tracción de vehículos ferroviarios, que emplea un convertidor (1) de tensión formado por unos inversores (2) que toman una tensión continua (Vcatenaria) para alimentar unos motores eléctricos (3) y controlar el par electromagnético (Tem) de dichos motores eléctricos (3), en donde los inversores (2) se componen de unos transistores (Tr1 ... Tr6) que conmutan entre estados de conmutación activos (E.A) que se corresponden con una tensión no nula a la salida del inversor (2), y estados de conmutación nulos (E.N) que se corresponden con una tensión nula a la salida del inversor (2), caracterizado porque el par electromagnético (Tem) de los motores eléctricos (3) se regula mediante la inserción selectiva de unos vectores nulos híbridos que generan estados de conmutación nulos (E.N.V) adicionales correspondientes con una tensión nula a la salida del inversor (2), disminuyendo así el par electromagnético (Tem) del motor eléctrico (3) ante variaciones en la tensión de la catenaria (Vcatenaria).
2. Método de regulación del par electromagnético de motores eléctricos de tracción de vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los estados de conmutación nulos (E.N.V) adicionales generados por los vectores nulos híbridos se superponen a los estados de conmutación activos (E.A) de los transistores (Tr1 ... Tr6).
3. Método de regulación del par electromagnético de motores eléctricos de tracción de vehículos ferroviarios, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los vectores nulos híbridos se insertan cuando el par electromagnético (Tem) del motor eléctrico (3) ha superado un límite superior (Hybrid tem margin), y se desactivan cuando el par electromagnético (Tem) alcanza un nivel de par de referencia (Tem_ref).
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