Método para operar motores síncronos y dispositivo correspondiente.

Método para operar una máquina síncrona (1) con un regulador trifásico (4) que se encuentra conectado a una red de corriente trifásica (A,

B, C) y que presenta al menos tres elementos de conmutación del semiconductor que son conmutados de forma conductora en instantes determinados, con los siguientes pasos del método:

- definición de una onda fundamental sinusoidal (7) de una frecuencia que corresponde a la velocidad de rotación deseada de la máquina síncrona (1),

- definición de otras dos ondas fundamentales (7) de la misma frecuencia que se encuentran desplazadas en cuanto a las fases con respecto a la primera onda fundamental (7), donde

a) en un primer caso la frecuencia es igual a la frecuencia de la tensión de la red, y las otras ondas fundamentales (7) están desplazadas en 120°, así como en 240°, con respecto a la primera onda fundamental (7), y

b) en un segundo caso la frecuencia es igual a la mitad de la frecuencia de la tensión de la red, y las ondas fundamentales (7) presentan una con respecto a otra un desplazamiento de las fases que se encuentra modificado con relación al desplazamiento de las fases de la corriente trifásica de 120°, así como de 240°,

donde las dos posibilidades para la frecuencia se presentan de forma individual o en una secuencia de tiempo, - selección y uso de puntos de activación para la activación, en los cuales la activación al mismo tiempo para dos de las fases (A, B, C) causaría una corriente de la misma polaridad que aquella de la onda fundamental (7) asociada a la respectiva fase (A, B, C), donde los puntos de activación se ubican en un ángulo de activación determinado después del respectivo punto cero de la tensión de la red, donde en el segundo caso de funcionamiento con la mitad de la frecuencia los puntos de activación son seleccionados de manera que se minimizan los pares de fuerzas de frenado para el rotor.

Método para operar motores síncronos y dispositivo correspondiente La presente invención hace referencia a un método y a un dispositivo correspondiente para operar motores síncronos con reguladores trifásicos que se encuentran conectados a una red de corriente trifásica, preferentemente sin conexión de los puntos neutros desde el devanado del estator y de la red de corriente trifásica, y que presenta al menos tres elementos de conmutación del semiconductor, por ejemplo tiristores conmutados de forma antiparalela, los cuales son activados en instantes determinados. En el documento US 2003146722 se describe el funcionamiento de un motor de corriente trifásica en un regulador trifásico con diferentes frecuencias.

Los motores síncronos de corriente trifásica sin jaula de arranque por principio se encuentran vinculados a la frecuencia de la red de corriente trifásica de alimentación. Por lo tanto, un arranque, es decir una aceleración de los motores de ese tipo, no es posible directamente en la red. Más bien, entre la red de corriente trifásica y la máquina síncrona se necesita un dispositivo que genere una tensión de frecuencia variable. Para ello por lo general se utiliza un convertidor de frecuencia. El convertidor de frecuencia se compone de un rectificador, de un circuito intermedio (condensador) y de un convertidor.

Es objeto de la presente invención proporcionar un método y un dispositivo con el cual sea posible operar una máquina síncrona en una red de corriente trifásica con una inversión muy reducida en cuanto a los componentes electrónicos de potencia. Debe posibilitarse en especial también el arranque de la máquina síncrona.

Este objeto se alcanzará a través de un método operativo según la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se indican perfeccionamientos. En la reivindicación 12 se indica un dispositivo correspondiente para controlar un motor síncrono en correspondencia con el método acorde a la invención.

En el método acorde a la invención para operar un motor síncrono se utiliza un regulador trifásico. El regulador trifásico está conectado a una red de corriente trifásica. De manera preferente, los puntos neutros del devanado del estator del motor síncrono y de la red de corriente trifásica no se encuentran conectados. El regulador trifásico comprende al menos tres elementos de conmutación del semiconductor, convenientemente uno de ellos por fase. Los elementos de conmutación del semiconductor pueden consistir por ejemplo en reguladores electrónicos de potencia de corriente alterna, por ejemplo como tres pares de tiristores conectados de forma antiparalela. Los reguladores electrónicos de potencia de corriente alterna son activados, así como encendidos, en instantes determinados, es decir que son conmutados de forma conductora. Con respecto a los tiristores, se considera ventajoso que éstos se desconecten por sí solos en el caso del punto cero de la corriente. Podrían utilizarse también IGBTs u otros tipos de interruptores de semiconductor.

En el método acorde a la invención se ejecutan varios pasos: se define una primera onda fundamental sinusoidal de una frecuencia, donde la frecuencia, considerando el número del par de polos, corresponde a la velocidad de rotación deseada del motor. De manera adicional se definen otras dos ondas fundamentales de la misma frecuencia. Las otras ondas fundamentales se encuentran desplazadas en cuanto a las fases con respecto a la primera onda fundamental. Para la frecuencia existen al menos dos posibilidades que pueden presentarse de forma individual o en una secuencia de tiempo:

a) la frecuencia es igual a la frecuencia de la tensión de la red, y las otras ondas fundamentales están desplazadas en 120º , así como en 240º , con respecto a la primera onda fundamental. De este modo, las ondas fundamentales forman un sistema de corriente trifásica "normal" en cuanto a su posición de las fases.

b) la frecuencia es igual a la mitad de la frecuencia de la tensión de la red. Además, las ondas fundamentales presentan una con respecto a otra un desplazamiento de las fases que se encuentra modificado con relación al desplazamiento de las fases de la corriente trifásica de 120º , así como de 240º . A modo de ejemplo, dos de las ondas fundamentales presentan un desplazamiento de las fases de 180º una con respecto a la otra, mientras que la tercera onda fundamental presenta un desplazamiento de las fases de 240º con respecto a la primera onda fundamental.

Asimismo, se seleccionan y utilizan puntos de activación para la activación de los tiristores, en los cuales la activación al mismo tiempo para dos de las fases causaría una corriente de la misma polaridad que aquella de la onda fundamental asociada a la respectiva fase, donde los puntos de activación se ubican en un ángulo de activación determinado después del respectivo punto cero de la tensión de la red. El término ángulo de activación se refiere por tanto a la distancia con respecto al punto cero precedente.

Por ejemplo, en el caso de la invención pueden determinarse primero todos los instantes potencialmente posibles de activación que resultan para el punto cero de la tensión encadenada con respecto al ángulo de activación. Para la activación del par de tiristores en el conductor externo A resultan por ejemplo puntos de activación potenciales

cuando la posición de las fases de la red de alimentación se encuentra alrededor del ángulo de activación antes del punto cero de la tensión encadenada UAB o de la tensión encadenada UCA. De manera preferente, el ángulo de activación se ubica entre 120º y 150º de acuerdo con la cantidad. Seguidamente, de los puntos de activación potenciales pueden seleccionarse aquellos en los cuales al mismo tiempo se presentan dos puntos de activación potenciales en dos de las tres fases. Expresado de otro modo, siempre se activan dos de los tres reguladores electrónicos de potencia de corriente alterna, es decir pares de tiristores. De este modo, para los pares de tiristores es posible por ejemplo activar sólo uno de los dos tiristores. De manera alternativa, pueden activarse siempre ambos tiristores de un par. Debido a esto resulta siempre un flujo de corriente desde una de las fases hacia la otra respectiva fase. Las ondas fundamentales de las dos fases utilizadas en un instante presentan por tanto en ese instante siempre polaridad opuesta.

El método descrito se realiza en particular de forma acorde al software. Por lo tanto puede implementarse con facilidad en reguladores trifásicos existentes sin una inversión adicional de componentes.

El método acorde a la invención puede ampliarse a otras frecuencias para las ondas fundamentales, donde las frecuencias son iguales a la frecuencia de la red dividida por k, donde kâ¥1. Junto a la frecuencia de la red y a la mitad de la frecuencia de la red pueden generarse por tanto también un tercio, un cuarto, etc. de la frecuencia de la red. Preferentemente, la posición de las fases de la primera onda fundamental se diseña de manera que el punto cero de la primera onda fundamental se ubica igual que la tensión de la red. Las posibilidades para los puntos de activación son determinadas por la posición relativa de la tensión de la red efectiva y de la respectiva onda fundamental a ser generada para la fase correspondiente, y al sincronizar una de las ondas fundamentales con la tensión de la red resultan ventajosamente muchos instantes posibles de activación.

El método acorde a la invención se considera particularmente ventajoso cuando se utiliza para arrancar el motor síncrono a su velocidad de rotación nominal. Preferentemente se utiliza una secuencia de al menos dos frecuencias que convenientemente son ascendentes. A modo de ejemplo, para el arranque de una máquina síncrona puede utilizarse una secuencia de frecuencias que respectivamente corresponde a la frecuencia de la red dividida por un divisor k, donde k atraviesa los siguientes valores: 15, 13, 11, 9, 7, 5, 4, 3, 2, 1. Preferentemente no se emplean todos los valores enteros de k entre el valor más elevado y uno. Sin embargo, debido a la distancia absoluta mayor de las frecuencias en el caso de divisores k reducidos, se considera ventajoso que se encuentren contenidos al menos un tercio, la mitad de la frecuencia de la red, así como la propia frecuencia de la red. De manera alternativa, entre el mayor divisor utilizado y el divisor k = 1 pueden utilizarse también todos los divisores enteros. En otra alternativa también es posible utilizar divisores no enteros.

En la conmutación entre dos frecuencias, es decir entre dos velocidades de rotación sincrónicas para la máquina síncrona, ésta debe alcanzar en un tiempo breve la velocidad... [Seguir leyendo]

1. Método para operar una máquina síncrona (1) con un regulador trifásico (4) que se encuentra conectado a una red de corriente trifásica (A, B, C) y que presenta al menos tres elementos de conmutación del semiconductor que son conmutados de forma conductora en instantes determinados, con los siguientes pasos del método:

- definición de una onda fundamental sinusoidal (7) de una frecuencia que corresponde a la velocidad de rotación deseada de la máquina síncrona (1) , -definición de otras dos ondas fundamentales (7) de la misma frecuencia que se encuentran desplazadas en cuanto a las fases con respecto a la primera onda fundamental (7) , donde a) en un primer caso la frecuencia es igual a la frecuencia de la tensión de la red, y las otras ondas fundamentales (7) están desplazadas en 120º , así como en 240º , con respecto a la primera onda fundamental (7) , y b) en un segundo caso la frecuencia es igual a la mitad de la frecuencia de la tensión de la red, y las ondas fundamentales (7) presentan una con respecto a otra un desplazamiento de las fases que se encuentra modificado con relación al desplazamiento de las fases de la corriente trifásica de 120º , así como de 240º , donde las dos posibilidades para la frecuencia se presentan de forma individual o en una secuencia de tiempo, -selección y uso de puntos de activación para la activación, en los cuales la activación al mismo tiempo para dos de las fases (A, B, C) causaría una corriente de la misma polaridad que aquella de la onda fundamental (7) asociada a la respectiva fase (A, B, C) , donde los puntos de activación se ubican en un ángulo de activación determinado después del respectivo punto cero de la tensión de la red, donde en el segundo caso de funcionamiento con la mitad de la frecuencia los puntos de activación son seleccionados de manera que se minimizan los pares de fuerzas de frenado para el rotor.

2. Método según la reivindicación 1, donde un par de las ondas fundamentales (7) presenta un desplazamiento de las fases de 180º una con respecto a otra en el caso de la mitad de la frecuencia de la tensión de la red.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, donde como frecuencia para las ondas fundamentales (7) se utiliza la frecuencia de la red dividida por k, donde kâ¥1.

4. Método según la reivindicación 3, donde el punto cero de la onda fundamental (7) se sincroniza con la tensión de la red.

5. Método según una de las reivindicaciones precedentes, donde una secuencia de al menos dos frecuencias se usa para acelerar la máquina síncrona (1) a su velocidad de rotación nominal.

6. Método según la reivindicación 5, donde en la secuencia se encuentran contenidos un tercio y la mitad de la frecuencia de la red, así como la propia frecuencia de la red.

7. Método según una de las reivindicaciones precedentes, donde para una conmutación entre dos frecuencias para las ondas fundamentales (7) se determina un instante en el cual la conmutación es acompañada por un par de fuerzas de oscilación lo más reducido posible, y en ese instante tiene lugar la conmutación.

8. Método según la reivindicación 7, donde el instante en el cual la posición angular del rotor corresponde a su posición deseada es usado como el instante para la conmutación a una frecuencia más elevada.

9. Método según una de las reivindicaciones 3 a 7, donde el ángulo de activación de los tiristores (6) es regulado de forma relativa con respecto al punto cero de la tensión de la red donde k > 2, de manera que la corriente que circula es lo más reducida posible sobre la corriente nominal de la máquina síncrona (1) .

10. Método según una de las reivindicaciones precedentes, donde después de una conmutación a una frecuencia más elevada para las ondas fundamentales (7) los ángulos de activación son regulados de manera que se minimizan los pares de fuerzas de frenado para el rotor.

11. Método según la reivindicación 9, donde la posición del rotor con respecto al vector espacial de la corriente es evaluada para determinar la magnitud del par de fuerzas.

12. Dispositivo para operar una máquina síncrona (1) , con -un regulador trifásico (4) que puede conectarse a una red de corriente trifásica (A, B, C) y que comprende al menos tres pares (2) de tiristores (6) conectados de forma antiparalela, -una unidad de control (3) para controlar los tiristores (6) , la cual se encuentra diseñada para ejecutar el método según una de las reivindicaciones precedentes.

13. Dispositivo según la reivindicación 12, donde la unidad de control (3) es un microprocesador que se encuentra presente en la máquina síncrona (1) .

14. Dispositivo según la reivindicación 12 ó 13, donde la máquina síncrona (1) presenta un indicador de posición.