Sistema y procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente.

Un circuito (16) para controlar un motor eléctrico de imán permanente trifásico (12) provisto de un rotor y un estator,

que comprende un rotor que permite la rotación de las señales de corriente de las fases del motor eléctrico de imán permanente (12) desde un bastidor estacionario hasta dos componentes de corriente desconectados en un bastidor de rotor síncrono a lo largo de un eje directo (Id) y un eje de cuadratura (Iq), respectivamente; un operador proporcional e integral para derivar una tensión (Vq) a lo largo del eje de cuadratura y una tensión (Vd) a lo largo del eje directo; una unidad giratoria que permite girar la tensiones Vq y Vd de vuelta desde el bastidor de rotor síncrono hasta el bastidor estacionario para producir las tensiones en los bornes Va, Vb y Vc del motor eléctrico de imán permanente (12), caracterizado porque comprende medios configurados para calcular un ángulo de rotación real Θn +1 utilizando un par de la corriente T y una velocidad ω del motor eléctrico de imán permanente (12) con la fórmula: θn +1 ≥ θn + k1 x ω+ k2 x T, en la que k1 y k2 son constantes, y mientras que el par T se puede calcular por la siguiente fórmula: T ≥ (Vd x Id + Vq x Iq)/ω usando las corrientes Id e Iq y Vd y Vq en el eje d-q fijo en el bastidor del rotor.

Sistema y procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente Campo de la invención La presente invención se refiere a motores eléctricos de imanes permanentes. Más precisamente, la presente invención se refiere a un sistema y a un procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente.

Antecedentes de la invención Por lo general, para controlar un motor de imán permanente, las características del motor de imán permanente, tal como la fase, la frecuencia y la amplitud de la tensión de la fuerza motriz eléctrica ("fme") generada por la rotación del rotor del motor, necesitan determinarse para producir una tensión que se aplica a los terminales del motor.

Estas características del motor de imán permanente se pueden obtener mediante el uso de un sensor de posición, lo que resulta en un aumento de los costes y en una reducción de la fiabilidad del procedimiento, porque las señales de retroalimentación están sujetas a cambios en el medio ambiente tales como ruido y temperatura y a la presencia de impurezas, por ejemplo.

Un posible procedimiento consiste en estimar la fem del motor de imán permanente. Sin embargo, en el caso de un motor de alta velocidad, este procedimiento requiere una alta velocidad de cálculo, lo que puede resultar costoso. Además, dado que las características del motor son dependientes del entorno ambiental, un procedimiento de control de este tipo puede ser complejo.

La patente europea EP0944164 describe un sistema y un procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente utilizando un estimador de tensión inducida.

De lo anterior, parece que aunque un número de procedimientos son conocidos para el control de motores de imán permanente, estos procedimientos requieren sensores de posición y un cálculo complicado o bien deben adaptarse al medio de acuerdo con cada diseño de motores de imán permanente.

Por lo tanto, existe la necesidad de un sistema y un procedimiento que permitan controlar un motor eléctrico de imán permanente de una manera simple, fiable y que se adapten automáticamente a los cambios ambientales.

Objetivos de la invención Un objetivo de la presente invención es, por tanto, proporcionar un sistema y un procedimiento de control mejorados para un motor eléctrico de imán permanente.

Resumen de la invención Más específicamente, de acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema para controlar un motor eléctrico de imán permanente, que comprende un controlador de motor y una etapa de potencia, utilizando el controlador del motor las corrientes de fase del motor eléctrico de imán permanente para generar señales de control de tensión relacionadas tanto con los cambios en la velocidad como con el par del motor eléctrico de imán permanente, que se alimentan de nuevo al motor eléctrico de imán permanente a través de la etapa de potencia, en el que dicho motor eléctrico de imán permanente es un motor eléctrico de imán permanente trifásico provisto de un rotor y un estator, transportando cada una de las fases del mismo una corriente, ia, ib e ic, respectivamente.

Además, en una realización, se proporciona un procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente que comprende determinar una corriente de cada fase del motor eléctrico de imán permanente; obtener las señales de control de tensión relacionadas tanto con los cambios en la velocidad como con el par del motor eléctrico de imán permanente, y enviar la señal de control de tensión de vuelta al motor eléctrico de imán permanente.

Además, se proporciona un circuito de acuerdo con la reivindicación 1 para controlar un motor eléctrico de imán permanente trifásico provisto de un rotor y un estator, que comprende un rotor que permite la rotación de las señales de corriente de las fases del motor eléctrico de imán permanente desde un bastidor estacionario hasta dos componentes de corriente desconectados en un bastidor de rotor síncrono a lo largo de un eje directo (Id) y un eje de cuadratura (Iq) , respectivamente; un operador proporcional e integral para derivar una tensión (Vq) a lo largo del eje de cuadratura y una tensión (Vd) a lo largo del eje directo; una unidad giratoria que permite girar la tensiones Vq y Vd de vuelta desde el bastidor de rotor síncrono hasta el bastidor estacionario para producir las tensiones en los bornes Va, Vb y Vc del motor eléctrico de imán permanente, en el que se calcula un ángulo de rotación real θn +1 mediante un par de la corriente T y una velocidad ω del motor eléctrico de imán permanente con la fórmula: θn +1 = θn + k1 x ω+ k2 x T, donde k1 y k2 son constantes, y mientras que el par T se puede calcular por la siguiente fórmula: T = (Vd x Id + Vq x Iq) /ω usando las corrientes Id e Iq y Vd y Vq en el eje d-q fijo en el bastidor del rotor.

Se proporciona además un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4 para controlar un motor eléctrico de imán permanente trifásico provisto de un rotor y un estator, que comprende señales de corriente rotativas de las fases del motor eléctrico de imán permanente desde un bastidor estacionario hasta dos componentes de corriente desconectados en un bastidor de rotor síncrono a lo largo de un eje directo (Id) y un eje de cuadratura (Iq) , respectivamente; derivar una tensión (Vq) a lo largo del eje de cuadratura desde el mismo; derivar una tensión (Vd) a lo largo del eje directo; girar las tensiones Vq y Vd de vuelta desde el bastidor de rotor síncrono hasta el bastidor estacionario para producir las tensiones en los bornes Va, Vb y Vc del motor eléctrico de imán permanente, en el que se calcula un ángulo de rotación real Θn +1 mediante un par de la corriente T y una velocidad ω del motor eléctrico de imán permanente con la fórmula: Θn +1 = Θn + k1 x ω+ k2 x T (1) , donde k1 y k2 son constantes, y mientras que el par T se puede calcular por la siguiente fórmula: T = (Vd x Id + Vq x Iq) /ω usando las corrientes Id e Iq y Vd y Vq en el eje d-q fijo en el bastidor del rotor.

En una realización, se proporciona también un procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente que tiene tres fases, cada una soportando una corriente, ia, ib e ic, respectivamente, que comprende determinar las corrientes ia, ib e ic; girar las corrientes ia, ib e ic, un ángulo Θn para producir corrientes Id e Iq; calcular un par de la corriente del motor eléctrico de imán permanente; calcular un ángulo de rotación real Θn +1; calcular una salida de tensión Vq, calcular una salida de tensión Vd; girar las tensiones Vq y Vd el ángulo de rotación Θn +1 para producir tres señales de control de tensión Va, Vb y Vc, y aplicar las señales de control de tensión Va, Vb y Vc al motor eléctrico de imán permanente.

Otros objetivos, ventajas y características de la presente invención se harán más evidentes tras la lectura de la siguiente descripción no restrictiva de las realizaciones de la misma, dada sólo a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos En los dibujos adjuntos:

La Figura 1 es un diagrama simplificado de un sistema de control del motor de acuerdo con una realización de un primer aspecto de la presente invención; y

La Figura 2 es un diagrama de flujo de un procedimiento para controlar un motor eléctrico de acuerdo con una realización de un segundo aspecto de la presente invención.

Descripción de la realización De modo general, la presente invención proporciona un sistema y un procedimiento para controlar un motor eléctrico trifásico, mediante el control de las tensiones en los bornes del mismo relacionadas tanto con los cambios en la velocidad como con el par del motor.

Más específicamente, la presente invención establece que las corrientes de fase de un motor eléctrico de imán permanente se hacen girar primero desde un bastidor estacionario en dos componentes de corriente desconectados en un bastidor síncrono de rotor, lo que permite derivar una tensión a lo largo de un eje de cuadratura y una tensión a lo largo de un eje directo del mismo, antes de girar de nuevo las tensiones de los ejes de cuadratura y directo desde el bastidor síncrono de rotor hasta el bastidor estacionario para producir las tensiones en los bornes del motor.

El sistema 10 que se muestra en la Figura 1 comprende un motor de imán permanente, designado en lo sucesivo como el motor PM 12; una etapa de potencia 14, y un controlador de motor 16.

El motor PM 12 es un motor eléctrico trifásico provisto de un rotor y un estator (no mostrado) , transportando cada una de las fases una corriente,... [Seguir leyendo]

1. Un circuito (16) para controlar un motor eléctrico de imán permanente trifásico (12) provisto de un rotor y un estator, que comprende un rotor que permite la rotación de las señales de corriente de las fases del motor eléctrico de imán permanente (12) desde un bastidor estacionario hasta dos componentes de corriente desconectados en un bastidor de rotor síncrono a lo largo de un eje directo (Id) y un eje de cuadratura (Iq) , respectivamente; un operador proporcional e integral para derivar una tensión (Vq) a lo largo del eje de cuadratura y una tensión (Vd) a lo largo del eje directo; una unidad giratoria que permite girar la tensiones Vq y Vd de vuelta desde el bastidor de rotor síncrono hasta el bastidor estacionario para producir las tensiones en los bornes Va, Vb y Vc del motor eléctrico de imán permanente (12) , caracterizado porque comprende medios configurados para calcular un ángulo de rotación real Θn +1 utilizando un par de la corriente T y una velocidad ω del motor eléctrico de imán permanente (12) con la fórmula: θn +1 = θn + k1 x ω+ k2 x T, en la que k1 y k2 son constantes, y mientras que el par T se puede calcular por la siguiente fórmula: T = (Vd x Id + Vq x Iq) /ω usando las corrientes Id e Iq y Vd y Vq en el eje d-q fijo en el bastidor del rotor.

2. Un sistema (10) para controlar un motor eléctrico de imán permanente (12) , utilizando el circuito (16) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un controlador de motor (16) y una etapa de potencia (16) , utilizando dicho controlador de motor (16) corrientes de fase (12a, 12b, 12c) del motor eléctrico de imán permanente (12) para generar señales de control de tensión (Va, Vb y Vc) relacionadas tanto con los cambios en la velocidad como en el par del motor eléctrico de imán permanente (12) , que son alimentadas de nuevo al motor eléctrico de imán permanente (12) a través de la etapa de potencia (14) , en el que dicho motor eléctrico de imán permanente (12) es un motor eléctrico de imán permanente trifásico (12) provisto de un rotor y un estator, transportando cada una de las fases del mismo una corriente, ia, ib e ic (12a, 12b, 12c) respectivamente.

3. El sistema (10, 16) para controlar un motor eléctrico de imán permanente (12) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, dicho sistema (10, 16) respondiendo continuamente a los cambios de velocidad y del par del motor eléctrico de imán permanente (12) , así como a los cambios en las condiciones ambientales.

4. Un procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente trifásico (12) provisto de un rotor y un estator, que comprende girar las señales de corriente de las fases del motor eléctrico de imán permanente (12) desde un bastidor estacionario hasta dos componentes de corriente desconectados en un bastidor síncrono del rotor a lo largo de un eje directo (Id) y un eje de cuadratura (Iq) , respectivamente; derivar una tensión (Vq) a lo largo del eje de cuadratura desde el mismo; derivar una tensión (Vd) a lo largo del eje directo; girar las tensiones Vq y Vd de vuelta desde el bastidor de rotor síncrono hasta el bastidor estacionario para producir tensiones en los bornes Va, Vb y Vc del motor eléctrico de imán permanente (12) , caracterizado por calcular un ángulo de rotación real θn+1 utilizando un par de la corriente T y una velocidad ω del motor eléctrico de imán permanente con la fórmula: θn +1 = θn + k1 x ω+ k2 x T (1) , en la que k1 y k2 son constantes, y mientras que el par T se puede calcular por la siguiente fórmula: T = (Vd x Id + Vq x Iq) /ω usando las corrientes Id e Iq y Vd y Vq en el eje d-q fijo en el bastidor del rotor.

5. Un procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente (12) de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende:

determinar una corriente de cada fase (12a, 12b, 12c) del motor eléctrico de imán permanente (12) ;

obtener señales de control de tensión (Va, Vb y Vc) relacionadas tanto con los cambios en la velocidad como en el par del motor eléctrico de imán permanente (12) ; y alimentar la señal de control de tensión (Va, Vb y Vc) de vuelta al motor eléctrico de imán permanente (12) , comprendiendo además dicho procedimiento calcular un par de la corriente T del motor eléctrico de imán permanente (12) , en el que dicho cálculo de una par de la corriente T comprende el giro de las corrientes de cada fase (12a, 12b, 12c) del motor eléctrico de imán permanente (12) un ángulo -θn (18) para dar salida a dos corrientes Id e Iq, de acuerdo con las siguientes relaciones en un eje d-q fijo en un eje del rotor del motor eléctrico de imán permanente (12) :

y

6. Un procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende:

determinar una corriente de cada fase del motor eléctrico de imán permanente (12) , obtener señales de control de tensión relacionadas tanto con los cambios en la velocidad como en el par del motor eléctrico de imán permanente (12) , y alimentar la señal de control de tensión de vuelta al motor eléctrico de imán permanente, en el que dicha determinación de una corriente de cada fase del motor eléctrico de imán permanente (12) comprende la medición de una corriente de dos fases del mismo y el cálculo de una corriente de una tercera fase mediante la relación:

en el que dicha obtención de señales de control de tensión comprende:

calcular un ángulo de rotación real θn + i; calcular dos salidas de tensión Vd y Vq; y girar las salidas de tensión Vd y Vq el ángulo θn +1;

7. El procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente (12) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicho cálculo de dos salidas de tensión Vd y Vq comprende:

calcular la salida de tensión Vq en un eje d-q fijo en un eje del rotor: Vq = PI (I* - Id) + k3 x Iq (5) en la que k3 es una constante, refiriéndose "PI" a un operador proporcional e integral que se define como sigue: PI (x) = ax +b∫xdt en la que a y b son constantes y la integral es de tiempo; y calcular la salida de tensión Vd, de acuerdo con la siguiente ecuación en el eje d-q fijo en el eje del rotor: Vd = k5 x Id + k4 x Iq x ω en la que k4 y k5 son constantes.

8. El procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente (12) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicha obtención de señales de control de tensión comprende la obtención de tres señales de control de tensión Va, Vb y Vc de acuerdo con las siguientes ecuaciones: Va = Vd x cos (Θn +1) + Vq x sin (θn +1) , Vb = Vd x cos (θn +1

+ 120°) + Vq x sin (θn +1 +120°) y Vc = Vd x cos (θn +1 - 120°) + Vq sin (θn +1 - 120°) .

9. El procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente (12) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, en el que las constantes se han establecido en base a un número de parámetros seleccionados en el grupo que comprende una tasa de muestreo de un ordenador utilizado, condiciones de una unidad de potencia, sensibilidad de los sensores de corriente utilizados para las mediciones de corriente y las características del motor eléctrico de imán permanente.

10. Un procedimiento para controlar un motor eléctrico de imán permanente (12) de acuerdo con la reivindicación 4, que tiene tres fases, cada una soportando una corriente ia, ib e ic, respectivamente, que comprende:

determinar las corrientes ia, ib e ic; girar las corrientes ia, ib e ic un ángulo -Θn para producir las corrientes Id e Iq; calcular un par de la corriente del motor eléctrico de imán permanente (12) ; calcular un ángulo de giro real θn + 1; calcular una salida de tensión Vq; calcular una salida de tensión Vd; girar las tensiones Vq y Vd el ángulo de giro θn + 1 para producir tres señales de control de tensión Va, Vb y Vc, y aplicar las señales de control de tensión Va, Vb y Vc al motor eléctrico de imán permanente (12) .

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