Procedimiento para limitar la salida de corriente de un generador eléctrico con un número de revoluciones elevado.

Procedimiento para limitar una corriente de salida (IG), que es generada por una máquina eléctrica con devanado de excitación,

mediante la influencia en la corriente de excitación (IE) que fluye a través del devanado de excitación por medio de un regulador de tensión, de tal manera que la corriente de salida (IG) no supera un límite superior de corriente de salida prefijable (IGmax), caracterizado porque a partir del límite superior de corriente de salida (IGmax), de un número de revoluciones de generador (nG), se establece una máxima corriente de excitación admisible (IEmax, IEmaxzul), en donde la máxima corriente de excitación admisible (IEmax, IEmaxzul) se transmite a un dispositivo (105, 125) que, para limitar la corriente de excitación (IE), regula una tensión de generador (Ug) mediante la emisión de un ciclo de trabajo (TV) para regular la corriente de excitación (IE) a una fase final (100), y con esto limita la corriente de excitación (IE) a la máxima corriente de excitación admisible (IEmax, IEmaxzul).

Procedimiento para limitar la salida de corriente de un generador eléctrico con un número de revoluciones elevado Estado de la técnica

La Invención se refiere a máquinas eléctricas que se hacen funcionar como generadores, en especial generadores de corriente alterna que se utilizan para generar corriente en el campo de los vehículos de motor, así como a su control. En principio también serían adecuadas máquinas de corriente continua.

Estos generadores eléctricos son accionados por un motor de combustión Interna, por ejemplo a través de correas trapezoidales, y presentan por causas apllcatlvas unos números de revoluciones de generador muy variables, en donde la corriente de salida generada del generador, respectivamente la tensión de salida de generador que se produce está regulada de forma preferida de tal manera que, por ejemplo, la tensión de salida de generador se regula a pesar de su dependencia del número de revoluciones, conforme a una prefijación nominal constante, y la corriente de generador presenta de forma preferida determinadas características a pesar de un número de revoluciones variable.

Para controlar o regular la potencia de salida del generador, en especial la tensión de salida y la corriente de salida, se varía el campo de excitación mediante una alimentación de corriente controlada del devanado de excitación. Para alimentar con corriente el devanado de excitación se reconduce una parte de la potencia de salida generada por el generador, desde los bornes del devanado de generador a través de un control, por ejemplo un control de corriente modulado en ancho de pulso, hasta el devanado de excitación.

Del documento EP 1292 1 A2 se conoce un dispositivo de protección para un generador.

Del documento EP 1 544 18 A2 se conoce un dispositivo para determinar la potencia de salida de un generador.

De Bausch H. et al., "Feed-forward control of current excited synchronous drives", ICEM 94, International Conference on Electrical Machines, 5-8, September 1994, Palais des Congres, París, Francia, Societe des electrlclens et des électroniciens, París; The Instituí, tomo 1, 5 de septiembre de 1994, páginas 22-225, XP2669654 se conoce un procedimiento para el control de momentos de máquinas síncronas excitadas por corriente.

Del documento EP 1 63 764.A2 se conoce un regulador de generador, que regula tensión de salida y corriente de salida.

Es conocido que los generadores de corriente alterna, en especial los generadores de corriente trifásica, con números de revoluciones altos y con ello corrientes de salida elevadas, presentan un considerable desarrollo de calor que puede conducir a un sobrecalentamiento y a la destrucción de piezas constructivas sensibles al calor. Con ello es conocido limitar el desarrollo de calor mediante la limitación de la corriente de excitación en el caso de unas condiciones prefijables. Del documento EP 462 53 B1 se conoce con ello limitar la corriente de excitación al alcanzarse un umbral de temperatura prefijable. En el documento DE 38 43 163 A1 se propone, entre otras cosas, reducir la corriente de excitación al alcanzarse un umbral de número revoluciones prefijable, para evitar un sobrecalentamiento a causa de una salida de potencia excesivamente elevada del generador.

La máxima corriente a entregar o la máxima potencia a entregar de un generador, en especial de un generador de corriente alterna depende de la estructura, del diseño eléctrico del estátor y del rotor, de la temperatura, de la corriente de excitación, de la tensión de generador y de otras magnitudes. Aparte de esto, esta corriente o esta potencia depende también del número de revoluciones de generador y aumenta conforme aumenta el número de revoluciones de generador. En la figura 1 se ha registrado la corriente de salida Ig de una máquina eléctrica que trabaja como generador para diferentes especificaciones de máquina, respectivamente diseños de máquina, en los recorridos a y b según el número de revoluciones de generador n.

Debido a que la corriente de salida Ig, con una tensión de generador constante, es proporcional a la potencia de generador P (P = U * lG), la figura 1 puede considerarse también un recorrido de la potencia de generador entregada P según el número de revoluciones. El recorrido a se obtiene en una primera especificación de máquina o un primer diseño de máquina, que admite una corriente de generador en total mayor que un diseño de máquina, que conduce a un recorrido b.

En un generador que debe usarse en un vehículo es especialmente importante el valor de corriente con números de revoluciones de generador bajos, por ejemplo en marcha en vacío del motor del vehículo, que también acciona el generador, para que también con números de revoluciones de generador bajos, respectivamente con un conjunto de número de revoluciones en descenso, pueda todavía alimentarse la red de a bordo y cargarse la batería de arranque

del vehículo. Para esto se requiere una corriente mínima lm¡n, que se necesita para un balance de potencia no negativo dentro de una red de a bordo.

En el caso de un diseño de máquina que conduzca al recorrido de salida de corriente a, la corriente mínima lm¡n se alcanza con un número de revoluciones menor que en el caso de un diseño de máquina que conduzca al recorrido de salida de corriente b. De aquí se deduce que el diseño de máquina según a es apropiado para conjuntos de número de revoluciones más bajos que el diseño de máquina b.

Como puede deducirse de la figura 1, con un número de revoluciones superior el diseño de máquina, que conduce al recorrido de salida de corriente a, entrega también unas corrientes mayores que el diseño de máquina según b, siempre que la suma de la carga eléctrica en la red de a bordo, es decir los consumidores estándar, consumidores instalados a posteriori, consumidores defectuosos y la batería lo exijan.

Habitualmente los componentes diodos rectificadores para rectificar la tensión de salida de generador, respectivamente la corriente de salida Iq del generador y la sección transversal de conducto de los cableados, que se necesitan para un generador, están dimensionados para las corrientes a esperar, en especial corrientes máximas. La consecuencia de esto es que para el diseño de máquina, que conduce a un recorrido de la corriente de salida Ig del generador según a, es necesario contar con una corriente máxima mayor que en b y, de este modo, sería necesario un dimensionado más costoso y difícil que en el caso de un diseño de máquina que conduzca al recorrido de corriente b. Si por el contrario los componentes sólo se dimensionaran para corrientes menores, en el caso según a esto podría conducir a la destrucción a causa de una sobrecarga.

Manifiesto de la invención

La ventaja de la invención consiste en prever un mecanismo de control o regulación con el que puede optimizarse el funcionamiento de una máquina eléctrica como generador, de tal manera que en el margen de unos números de revoluciones de generador bajos se entregue la máxima corriente de generador posible y, en el margen de unos números de revoluciones altos, se obtenga una limitación de corriente de salida de tal modo, que las piezas constructivas de generador térmicamente críticas no corran peligro y no se superen las corrientes máximas admisibles de las piezas constructivas. Esta ventaja se obtiene mediante un procedimiento o un dispositivo para regular una máquina eléctrica con un devanado de excitación, que se hace funcionar como generador y comprende las particularidades de las reivindicaciones independientes.

Los procedimientos conforme a la invención para limitar la corriente de salida, que es generada por una máquina eléctrica que se hace funcionar como generador, así como los dispositivos correspondientes, tienen la ventaja adicional de que, mediante la influencia en la corriente de excitación que fluye por el devanado de excitación por medio de un dispositivo para regular la tensión, la corriente de salida puede limitarse de tal manera que no supere un límite superior de corriente de salida. De una forma especialmente ventajosa se establece con ello una corriente de excitación máxima admisible a partir de un diagrama característico con base en el valor nominal de la máxima corriente de salida de generador, de un número de revoluciones de generador y de una tensión de generador, y de este modo se limita la corriente de excitación a esta corriente de excitación máxima.

Otra configuración ventajosa de la invención consiste en que, comenzando con un número de revoluciones de generador que se corresponde con un primer número de revoluciones, la corriente de excitación se limita a su valor máximo... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para limitar una corriente de salida (IG), que es generada por una máquina eléctrica con devanado de excitación, mediante la influencia en la corriente de excitación (IE) que fluye a través del devanado de excitación por medio de un regulador de tensión, de tal manera que la corriente de salida (IG) no supera un límite superior de corriente de salida prefijable (IGmax), caracterizado porque a partir del límite superior de corriente de salida (IGmax), de un número de revoluciones de generador (nG), se establece una máxima corriente de excitación admisible (lEmax, lEmaxzul), en donde la máxima corriente de excitación admisible (lEmax, lEmaxzul) se transmite a un dispositivo (15, 125) que, para limitar la corriente de excitación (IE), regula una tensión de generador (Ug) mediante la emisión de un ciclo de trabajo (TV) para regular la corriente de excitación (IE) a una fase final (1), y con esto limita la corriente de excitación (IE) a la máxima corriente de excitación admisible (lEmax, lEmaxzul).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, comenzando con un número de revoluciones de generador que se corresponde con un primer número de revoluciones (n 1), la corriente de excitación (IE) se limita a la máxima corriente de excitación admisible (IGmax, lEmaxzul) y la corriente de excitación (IE) a mayores números de revoluciones permanece limitada a la máxima corriente de excitación admisible (lEmax, lEmaxzul).

3. Procedimiento para limitar la corriente de salida según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la corriente de excitación (IE) se reduce mediante la reducción de un ciclo de trabajo (TV) con el que se conecta la corriente de excitación (IE), y el máximo ciclo de trabajo (TVmax) para regular la corriente de excitación (IE) se establece a partir de la máxima corriente de excitación admisible (lEmax, lEmaxzul) establecida y una temperatura (Te), y el ciclo de trabajo (TV) se limita a este ciclo de trabajo (TVmax).

4. Procedimiento para limitar la corriente de salida según la reivindicación 3, caracterizado porque la temperatura (Te) se establece mediante un sensor de temperatura (13), en donde el sensor de temperatura (13) mide la temperatura dentro del regulador de tensión, la temperatura ambiente o la temperatura de componentes prefijables, especialmente componentes Importantes, del rectificador o del estátor.

5. Procedimiento para limitar la corriente de salida según la reivindicación 1, 2, 3 ó 4, caracterizado porque la corriente de excitación (IE) se limita mediante una curva característica o un diagrama característico.

6. Procedimiento para limitar la corriente de salida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las curvas características o los diagramas característicos necesarios están archivados en el regulador de tensión o en un aparato de control.

7. Procedimiento para limitar la corriente de salida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la corriente de excitación máxima (lEmax, lEmaxzul) se establece mediante una tabla de consulta, mediante una curva característica o mediante una fórmula de aproximación.

8. Procedimiento para limitar la corriente de salida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el recorrido real de la corriente de excitación limitada (IE), durante el cambio o la transición entre valores de limitación, está materializado escalonado o como rampa con un recorrido temporal prefijable, y en especial se realiza de tal manera que no se produce ningún salto de la corriente de excitación (IE).

9. Procedimiento para limitar la corriente de salida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la velocidad de variación y/o los recorridos temporales de las corrientes de excitación son diferentes en aumento y disminución.

1. Procedimiento para limitar la corriente de salida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el número de revoluciones de generador (n1), por encima del cual se realiza la limitación de corriente de excitación, es variable.

11. Procedimiento para limitar la corriente de salida según la reivindicación 1, caracterizado porque también son variables los números de revoluciones de generador (n2) y (n3).

12. Procedimiento para limitar la corriente de salida según la reivindicación 1 u 11, caracterizado porque los números de revoluciones de generador (n1, n2, n3) se establecen en especial durante el primer aumento de potencia del generador o se alimentan desde una lógica, en especial a un aparato de control a través de una interfaz, y se archivan en una memoria.

13. Procedimiento para limitar la corriente de salida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque pueden intercambiarse bidireccionalmente informaciones entre el regulador de tensión y un aparato de control, en especial el control de motor.

14. Procedimiento para limitar la corriente de salida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el diseño de máquina se realiza teniendo en cuenta el límite superior de corriente de salida (IGmax).

15. Procedimiento para limitar la corriente de salida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la limitación de corriente de generador se desactiva o se aumenta en un importe prefijable, si se alcanza o

desciende por debajo de un valor de tensión de generador mínimo.

16. Procedimiento para limitar la corriente de salida según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el valor nominal de la máxima corriente de salida de generador admisible se reduce, con base en los valores de temperatura establecidos, mediante el regulador de tensión o el aparato de control.

17. Dispositivo para limitar una corriente de salida (IG), que es generada por una máquina eléctrica con devanado de 1 excitación, en donde el dispositivo está diseñado para ejecutar todos los pasos del procedimiento según una de las

reivindicaciones 1 a 16.