MÉTODO DE ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA DE ESTATOR DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS.

Método de estimación de la resistencia de estator de máquinas eléctricas,

en donde se calcula un primer valor del flujo de estator (ψs) mediante un modelo de referencia (Mr) y se calcula un segundo valor del flujo de estator **IMAGEN-01** mediante un estimador de flujo de estator, obteniéndose una señal de error (e) de la diferencia de ambos valores del flujo de estator, y calculándose un nuevo valor de la resistencia de estator (Rs) mediante una reducción temporal de la señal de error (e) cuando se cumple la condición:

****IMAGEN-02****

siendo,

Tem el par electromagnético de la máquina eléctrica;

ρ el número de pares de polos de la máquina eléctrica;

ΔRs_max el máximo error de estimación de la resistencia de estator;



ωs la pulsación eléctrica de alimentación de la máquina eléctrica,

is la corriente de estator de la máquina eléctrica.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201231099.

Solicitante: CAF POWER & AUTOMATION, S.L.U.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: POZA LOBO,FRANCISCO JAVIER, NIEVA FATELA,TXOMIN, GAZTAÑAGA ARANZAMENDI,Haizea, ARANA DOMINGUEZ,Argider, LERCHUNDI AZKUE,Andoni.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01R31/34 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 31/00 Dispositivos para verificar propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizados por lo que es probado, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; Ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › Ensayo de máquinas dinamoeléctricas.
  • H02P21/14 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 21/00 Disposiciones para el control o la regulación de motores eléctricos por control por vector, por ej. por control de la orientación del campo. › Estimación o adaptación de parámetros de las máquinas, p. ej. constante de tiempo de rotor, flujo, velocidad, corriente o voltaje.

Fragmento de la descripción:

MÉTODO DE ESTIMACIÓN DE LA RESISTENCIA DE ESTATOR DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Sector de la técnica La presente invención está relacionada con los sistemas empleados para controlar el funcionamiento de máquinas eléctricas, proponiendo un método de estimación de la resistencia de estator de una máquina eléctrica giratoria tal como un motor o un generador, con independencia de la temperatura de la máquina, que permite calcular el flujo de estator de la máquina incluso cuando ésta funciona a bajas velocidades.

Estado de la técnica

Actualmente para controlar distintas variables de funcionamiento de las máquinas eléctricas giratorias, tales como motores o generadores, se emplean sensores que determinan la velocidad de la máquina, esta velocidad se utiliza para calcular principalmente el par electromagnético de la máquina y otras funcionalidades ligadas a su funcionamiento.

Los últimos desarrollos en el campo de los sistemas de control, están proponiendo técnicas de control en las que no es necesario emplear sensores de velocidad para controlar las máquinas eléctricas. Estas técnicas de control, denominadas “sensorless”, suponen una reducción de costes así como una mayor simplicidad de montaje y mantenimiento.

Mediante las técnicas de control “sensorless” se estiman diferentes magnitudes de la máquina eléctrica que se controla, para después poderlas emplear en su estrategia de control, entre los parámetros estimados se encuentran el flujo de estator y de rotor, par electromagnético, velocidad mecánica, frecuencia de estator y deslizamiento.

Las técnicas de control de máquinas eléctricas suelen determinar el flujo del estator a partir de la integración de la tensión electromotriz según las siguientes ecuaciones:

emf=vs-Rsis [A]

dΨs

ˆ

v = Ri + [B]

s ss dt

dtR iv ssss −=Ψ ) ( [C]

en donde:

emf es la tensión electromotriz,

vs es la tensión de fase en bornas del motor, is es la corriente de estator, ls es el flujo de estator, Rs es la resistencia de estator

El problema reside en que la resistencia del estator depende de la temperatura del devanado del estator y por tanto varía durante el funcionamiento de la máquina, debido al cambio de la temperatura. A altas velocidades de la máquina, la caída de tensión a través de la resistencia del estator es de pequeño valor, por lo que puede despreciarse. Sin embargo, a bajas velocidades, la caída de tensión en la resistencia del estator es de un orden semejante a la tensión electromotriz, por lo tanto, la diferencia entre el valor real de la resistencia del estator y el valor predefinido empleado en los sistemas de control convencionales, provoca errores apreciables en la estimación del flujo del estator.

Por el documento de patente china CN 1.697.308 de Lu et al. se da a conocer un método de regulación de la velocidad de un motor de inducción por medio de un control por lazo cerrado del flujo de estator. En esta solución se compara un valor de consigna del flujo de estator con otro valor del flujo de estator obtenido por medio de un estimador de flujo, de la diferencia de ambos valores de flujo de estator se obtiene un señal de error que se emplea para corregir el valor de la resistencia de estator.

Este método de regulación no permite una estimación eficiente de la resistencia del estator, ya que al emplear un valor de consigna del flujo de estator no permite que la adaptación de la resistencia de estator converja cuando se tienen altos errores iniciales del valor de la propia resistencia de estator, o por ejemplo cuando se producen otros errores en la estrategia de control.

Se hace por tanto necesario un método que permita estimar de una manera eficiente el valor de la resistencia de estator de las máquinas eléctricas, para poder estimar el flujo de estator con independencia de la temperatura de la máquina.

Objeto de la invención De acuerdo con la presente invención se propone un método para la estimación de la resistencia de estator en una máquina eléctrica giratoria tal como un motor o un generador, el cual permite obtener una estimación precisa del flujo de estator de la máquina con independencia de la temperatura del devanado.

El método para calcular la resistencia del estator objeto de la presente invención comprende una primera etapa en donde se calcula un primer valor del flujo de estator mediante un modelo de referencia, y una segunda etapa en donde se calcula un segundo valor del flujo de estator mediante un estimador de flujo de estator. En una tercera etapa se calcula una señal de error que es función de la diferencia entre ambos valores del flujo de estator calculados en las etapas anteriores. Mediante una reducción temporal de la señal de error de procede al cálculo de un nuevo valor de la resistencia de estator.

En una cuarta etapa del método se implementa una lógica de activación para proceder al cálculo de un nuevo valor de resistencia de estator. Así, para que la señal de error obtenida en la tercera etapa pueda dar lugar a un nuevo cálculo de la resistencia de estator, se debe cumplir la siguiente condición:

º ΔR

º4Ts _ max

em

ºº − ºº > 0

is

3p ω

º s º

en donde,

Tem es el par electromagnético de la máquina eléctrica; p es el número de pares de polos de la máquina eléctrica; lRs_max es el máximo error de estimación de la resistencia de estator; ωs es la pulsación eléctrica de alimentación de la máquina eléctrica, is es la corriente de estator de la máquina eléctrica.

El nuevo valor estimado de la resistencia del estator puede ser empleado para calcular de manera eficiente el flujo de estator de la máquina eléctrica u otras variables de la máquina eléctrica, como por ejemplo la temperatura media de estator que es función directa de la resistencia de estator.

Al calcular el primer valor de flujo de estator mediante un modelo de referencia, en vez de emplear un flujo de estator de consigna como en las soluciones convencionales, se consigue que la adaptación de la resistencia de estator converja aun cuando existen altos errores iniciales de la propia resistencia del estator u otros errores de la estrategia de control. Asimismo, al emplear una lógica de activación como la descrita por la invención se consigue estimar la resistencia del estator de una manera sencilla y eficaz.

Descripción de las figuras La figura 1 muestra un diagrama de bloques del método de estimación de la resistencia de estator en base a un control adaptativo por modelo de referencia.

Descripción detallada de la invención El método de estimación de la resistencia del estator objeto de la presente invención se basa en una realimentación por modelo de referencia (Model Reference Adaptative System, MRAS) , en la que se compara la estimación de la resistencia de estator (Rs) a través de dos modelos, uno de los cuales es un modelo de referencia (Mr) y el otro un modelo ajustable (Ma) . La realimentación por modelo de referencia (Mr) se basa en que el comportamiento del proceso físico sea idéntico a un modelo que se da como referencia. Si existe una diferencia entre las salidas del modelo ajustable (Ma) y del modelo de referencia (Mr) , un algoritmo de adaptación intenta minimizarla, ajustando los parámetros del modelo ajustable (Ma) o añadiendo una variación en la acción sobre el proceso físico.

El método de estimación de la resistencia del estator objeto de la invención se basa en una serie de etapas que se ejecutan en un procesador programado de manera secuencial para cada periodo de muestreo.

En una etapa preliminar se obtienen las señales de entrada al sistema, que son la tensión (Vs) de fase en bornas de la máquina eléctrica y la corriente (is) de estator de la máquina eléctrica.

Para el caso de una máquina trifásica se medirán dos o tres corrientes y se medirán o estimarán tres tensiones, obteniéndose las tensiones en bornas de la máquina eléctrica a partir del valor de la tensión continua de un inversor que va asociado a la máquina eléctrica y de las órdenes de conmutación de unos interruptores de potencia.

En una primera etapa del método se calcula un primer valor del flujo de estator (ls) elevado a una potencia, mediante un modelo de referencia (Mr) .

En base a las señales de entrada al sistema, tensiones (Vs) en bornas de la máquina eléctrica y corrientes (is) de estator, se realiza un cálculo de los siguientes parámetros:

a) Cálculo del valor de las corrientes de la máquina eléctrica en un sistema equivalente bifásico...

 


Reivindicaciones:

1. . Método de estimación de la resistencia de estator de máquinas eléctricas, en donde se obtienen dos valores del flujo de estator de la máquina eléctrica, se calcula la diferencia entre ambos valores, y se emplea dicha diferencia para obtener un nuevo valor de la resistencia de estator (Rs) , caracterizado porque un primer valor del flujo de estator (ls) se calcula mediante un modelo de referencia (Mr) , y un segundo valor del flujo de estator (

s) se calcula mediante un estimador de flujo de estator, obteniéndose una señal de error (e) de la diferencia de ambos valores del flujo de estator, y procediéndose al cálculo de un nuevo valor de la resistencia de estator (Rs) , mediante una reducción temporal de la señal de error (e) , cuando se cumple la siguiente condición:

ΔR

4Ts _ max

em −

> 0

is

3p ωs en donde,

Tem es el par electromagnético de la máquina eléctrica; p es el número de pares de polos de la máquina eléctrica; lRs_max es el máximo error de estimación de la resistencia de estator; ωs es la pulsación eléctrica de alimentación de la máquina eléctrica, is es la corriente de estator de la máquina eléctrica.

2. . Método de estimación de la resistencia del estator de máquinas eléctricas, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el flujo de estator (ls) calculado mediante el modelo de referencia (Mr) se corresponde con la expresión:

22Qs 2

= Ls (1+σ) −σLs

Ψs is

3ωs en donde;

ls es el flujo de estator, Qs es la potencia reactiva consumida por la máquina eléctrica, ωs es la pulsación eléctrica de alimentación de la máquina eléctrica, Ls es la inductancia de fase de la máquina eléctrica, σ es el factor de dispersión de la máquina eléctrica,

is es la corriente de estator de la máquina eléctrica.

3. . Método de estimación de la resistencia de estator de máquinas eléctricas, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque un regulador (R) que reduce 5 temporalmente la señal de error (e) presenta una ganancia variable con una componente inversamente proporcional a:

Temωs en donde,

Tem es el par electromagnético de la máquina eléctrica,

ωs es la pulsación eléctrica de alimentación de la máquina eléctrica.


 

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