Procedimiento y sistema de control para el control de una máquina síncrona eléctrica.

Procedimiento para el control de una máquina síncrona eléctrica (2) con un estator y un rotor,

para el accionamiento de un vehículo con las siguientes etapas:

- hacer funcionar la máquina síncrona (2) con un par de desaceleración (Mp), de modo que se reduce la velocidad del rotor de la máquina,

- vigilancia del movimiento del rotor de la máquina síncrona,

- al detectarse una inversión de la dirección o una velocidad (v) del rotor aproximadamente igual a cero se aplica al menos un patrón de corrientes (I; iu, iv, iw) de corrientes de fase al estator de la máquina síncrona (2) pasándose a un modo de parada, caracterizado por que

en el modo de parada se mantiene constante una posición de fase del patrón de corriente (I; iu, iv, iw) respecto al sistema de coordenadas del estator y se ajustan la posición de fase y el valor del patrón de corrientes (I; iu, iv, iw) mediante una posición del rotor de la máquina síncrona (2) válida durante la inversión de la dirección o cuando la velocidad es igual a cero y una especificación del par de desaceleración y el patrón de corrientes forma un vector de corriente (I) en representación de índice espacial de un sistema de coordenadas de rotor (D, Q), que al principio del modo de parada se aplica de tal modo que se ajusta una posición de fase del vector de corriente (I) de -90º eléctricamente respecto a la dirección del movimiento del índice espacial de la tensión de rotor inducida (UEMK) después de la parada, pasando a ser aproximadamente igual a cero un par de frenado activo (MB) de la máquina síncrona (2),

porque el patrón de corrientes (I; iu, iv, iw) se mantiene mientras que se ajusta un equilibro de pares estable entre el par exterior (MA) y el par de frenado (MB) de la máquina, moviéndose el rotor y bajo la influencia de un par exterior (MA) que actúa sobre la máquina síncrona (2).

Procedimiento y sistema de control para el control de una máquina síncrona eléctrica La presente invención se refiere a un procedimiento para el control de una máquina síncrona eléctrica, así como a un sistema de control para el control de una máquina síncrona eléctrica con un dispositivo de control, que puede conectarse con un dispositivo de alimentación eléctrica para el suministro de corriente a un sistema de estator eléctrico de la máquina. Además, la invención se refiere a un vehículo con al menos una máquina síncrona para el accionamiento del vehículo y con un sistema de control de este tipo, así como a un producto de programa de ordenador, que es adecuado para la realización de un procedimiento de este tipo.

Una máquina síncrona y un sistema para el control de una máquina síncrona de este tipo se usa por ejemplo en un vehículo eléctrico. Por un vehículo accionado por electricidad se entiende aquí un medio de traslación o transporte, en el que el par de accionamiento se pone a disposición mediante el campo magnético de uno o varios motores síncronos trifásicos (realización giratoria o lineal) y se transmite mecánicamente a la superficie, en la que tiene lugar el movimiento. Es habitual que la máquina eléctrica transmita el par de forma directa (motor integrado al cubo de la rueda sin engranaje, motor lineal) o que lo transmita mediante un engranaje conectado en serie (motor integrado al cubo de la rueda con engranaje, motor central con distintas formas de engranaje para la transmisión del par) .

Para los medios de traslación es característico el requerimiento de un par positivo o negativo determinado según la necesidad de aceleración o desaceleración (aceleración negativa) . Cuando se pretende acelerar el vehículo, el par positivo se elige de tal modo que una velocidad deseada se consiga en el tiempo deseado. La especificación del valor del par positivo se realiza p.ej. mediante el pedal del acelerador. Si se desea una desaceleración, se emite el comando para un par negativo. Este comando puede especificarse p.ej. con el pedal del freno.

Si la transmisión de los pares se produce en varios puntos a la superficie en la que tiene lugar el movimiento, los pares individuales han de elegirse de tal modo que se favorezca un estado estable del vehículo. Es decir, se intenta impedir pares gear. Para impedir pares gear, la transmisión del par se realiza normalmente de forma simétrica respecto al eje longitudinal del vehículo. Esto es el caso p.ej. en vehículos en los que por eje actúan unos pares sobre ruedas que presentan el mismo valor en la misma dirección de marcha.

Para que la máquina síncrona trifásica pueda desplegar el par completo, la frecuencia y la posición de fase de la corriente que alimenta deben corresponder a la frecuencia de polo y la posición de polo del rotor o inducido. Para poner a disposición un sistema trifásico síncrono con la posición de fase correcta, se usa p.ej. un convertidor electrónico basado en semiconductores de potencia. En la máquina síncrona trifásica, en el funcionamiento síncrono en condiciones lineales del sistema existe una proporcionalidad directa entre la corriente aplicada y el par alcanzado. Esta proporcionalidad se aprovecha para realizar mediante una especificación de la misma intensidad de corriente en motores de un eje pares iguales. Para la especificación precisa de pares es necesario un regulador de corriente rápido. Este regulador de corriente puede estar conectado en cascada con otras regulaciones, como p.ej. una regulación de la velocidad.

La necesidad de una simetría de pares no sólo existe al acelerar el vehículo sino también al frenar. Al frenar se forma un par que se opone a la dirección de movimiento actual del vehículo y de la máquina, transformándose la energía cinética del vehículo y de la máquina en energía eléctrica. Esta desaceleración hace que la máquina alcance la velocidad cero. En este momento, el par debe dosificarse exactamente de tal modo que compensa completamente las fuerzas externas del vehículo.

En muchos casos, una regulación de la velocidad no es óptima. La regulación de la velocidad tiene conectada en cascada típicamente una regulación de la corriente, de modo que todas las ruedas establecen un par constante según la especificación del pedal de freno. Por lo tanto, las ruedas que se encuentran en un terreno suelto pueden resbalar, mientras que las ruedas en terreno firme aún ruedan. Es difícil realizar una adaptación de la fuerza de frenado al terreno. También es problemático elegir los parámetros de ganancia del regulador de velocidad, puesto que éstos dependen p.ej. de factores como la masa del vehículo, que varía según el estado de carga, el coeficiente de adherencia entre neumático y firme, que depende del terreno actual, así como de la elección de los neumáticos, la posición de las ruedas en la zona delantera o trasera del vehículo y de la cuesta hacia abajo o hacia arriba de la calzada. Si entre la máquina y el punto de ataque del par existe también un engranaje con un juego característico, existe el peligro de que los flancos de los dientes sufran daños por los bruscos cambios de carga del engranaje.

El estado de la técnica divulga:

El documento US 6 124 645 A describe un procedimiento de control para un vehículo eléctrico en el que el objetivo es mantener el vehículo parado en una cuesta hacia arriba sin accionar el pedal de acelerador. Aquí, al detectarse una parada del vehículo, se conmuta a un mecanismo de regulación para realizar una regulación de los pares, de modo que el vehículo se mantiene parado.

El objeto del documento EP 1 555 748 A es detectar un desplazamiento angular entre una posición de polo magnético de un motor síncrono y una posición de referencia de un codificador incremental. Para ello, se detiene la posición del polo magnético del motor en una posición estable mediante una excitación CC para ajustar a continuación el codificador correspondientemente. La corriente del estator se ajusta en Id e Iq = 0, variando el valor de la corriente Id a lo largo del tiempo, en particular, reduciéndose. El efecto así conseguido es que se acorta el tiempo hasta que el rotor del motor llegue a pararse.

En Schröder, D. “Synchron-Vollpolmaschine ohne Dämpferwicklung, Steuerbedingungen“, Elektrische Antriebe 2, Regelung von Antrieben, Springer, páginas 530-571, 1 de enero de 1995 está descrito un procedimiento para la regulación de máquinas síncronas.

En el documento US 2004/0178754 A1 están descritos un dispositivo y un procedimiento para mantener un vehículo eléctrico o híbrido y eléctrico en una cuesta hacia arriba. El dispositivo comprende una máquina trifásica que acciona el vehículo. La máquina se acciona mediante un convertidor con modulación de ancho de pulso, que presenta varios semipuentes, que están conectados respectivamente con distintas fases de la máquina. La estrategia del funcionamiento usa distintos modos de conexión para minimizar y distribuir la pérdida de potencia entre los disyuntores en el convertidor y en las fases de la máquina.

La presente invención tiene el objetivo de indicar un procedimiento para el control de una máquina síncrona eléctrica y un sistema de control correspondiente, que sea adecuado para mantener un vehículo accionado parado, en gran medida sin movimientos oscilantes.

El objetivo se consigue mediante un procedimiento para el control de una máquina síncrona eléctrica según la reivindicación 1. Además, la invención se refiere a un vehículo con al menos una máquina síncrona eléctrica para el accionamiento del vehículo y con un sistema de control según las características de la reivindicación 8, así como a un producto de programa de ordenador según la reivindicación 9, que presenta segmentos de código de software adecuados para la realización de un procedimiento de control de este tipo, cuando están almacenados en un sistema de control para el control de una máquina síncrona eléctrica. El producto de programa de ordenador también puede ser sustituido por un circuito programado por conexiones según la reivindicación 10 que tiene la misma funcionalidad.

En particular, la invención se refiere a un procedimiento para el control de una máquina síncrona eléctrica con un estator y un rotor con las siguientes etapas: La máquina se hace funcionar con un par de desaceleración, de modo que se reduce una velocidad de rotor de la máquina, controlándose el movimiento del rotor de la máquina. Al detectarse una inversión de dirección o una velocidad del rotor aproximadamente igual a cero, pasándose a un modo de parada se ajusta al menos una magnitud de alimentación eléctrica de un... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el control de una máquina síncrona eléctrica (2) con un estator y un rotor, para el accionamiento de un vehículo con las siguientes etapas:

- hacer funcionar la máquina síncrona (2) con un par de desaceleración (Mp) , de modo que se reduce la velocidad del rotor de la máquina,

- vigilancia del movimiento del rotor de la máquina síncrona,

- al detectarse una inversión de la dirección o una velocidad (v) del rotor aproximadamente igual a cero se aplica al menos un patrón de corrientes (I; iu, iv, iw) de corrientes de fase al estator de la máquina síncrona (2) pasándose a un modo de parada, caracterizado por que en el modo de parada se mantiene constante una posición de fase del patrón de corriente (I; iu, iv, iw) respecto al sistema de coordenadas del estator y se ajustan la posición de fase y el valor del patrón de corrientes (I; iu, iv, iw) mediante una posición del rotor de la máquina síncrona (2) válida durante la inversión de la dirección o cuando la velocidad es igual a cero y una especificación del par de desaceleración y el patrón de corrientes forma un vector de corriente (I) en representación de índice espacial de un sistema de coordenadas de rotor (D, Q) , que al principio del modo de parada se aplica de tal modo que se ajusta una posición de fase del vector de corriente (I) de -90º eléctricamente respecto a la dirección del movimiento del índice espacial de la tensión de rotor inducida (UEMK) después de la parada, pasando a ser aproximadamente igual a cero un par de frenado activo (MB) de la máquina síncrona (2) , porque el patrón de corrientes (I; iu, iv, iw) se mantiene mientras que se ajusta un equilibro de pares estable entre el par exterior (MA) y el par de frenado (MB) de la máquina, moviéndose el rotor y bajo la influencia de un par exterior (MA) que actúa sobre la máquina síncrona (2) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde se alimenta un patrón de corrientes (I; iu, iv, iw) de corrientes de fase (iu, iv, iw) constantes.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, donde el patrón de corrientes forma un vector de corriente

(I) en representación de índice espacial, cuya amplitud es proporcional a un par de desaceleración (MB) actualmente requerido y que, suponiéndose un sistema de coordenadas de rotor (D, Q) , en el que se supone una dirección de movimiento positiva del rotor, el índice espacial de la tensión de rotor inducida (UEMK) está orientado en la dirección positiva en el eje real (Q) , se aplica al principio del modo de parada de tal modo que se ajusta una posición de fase del vector de corriente (I) de -90º eléctricamente respecto a la dirección de movimiento del índice espacial de la tensión de rotor inducida (UEMK) .

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, donde el patrón de corrientes forma un vector de corriente (I) en representación de índice espacial, cuya amplitud es proporcional a un par de desaceleración (MB) actualmente requerido y que, suponiéndose un sistema de coordenadas de rotor (D, Q) , en el que se supone una dirección de movimiento negativa del rotor, el índice espacial de la tensión de rotor inducida (UEMK) está orientado en la dirección negativa en el eje real (Q) , se aplica al principio del modo de parada de tal modo que se ajusta una posición de fase del vector de corriente (I) de -90º eléctricamente respecto a la dirección de movimiento del índice espacial de la tensión de rotor inducida (UEMK) .

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, donde el patrón de corrientes (I; iu, iv, iw) se aplica en el modo de parada a lo largo de un primer intervalo del ángulo de movimiento (21) del rotor de 0 a 90º eléctricamente respecto a la dirección de movimiento del mismo tras la parada con posición de fase constante respecto al sistema de coordenadas del estator.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, donde al detectarse nuevamente una inversión de la dirección o una velocidad (v) del rotor de aproximadamente igual a cero, de modo que se vuelve a adoptar la dirección de movimiento original del rotor, se mantiene el patrón de corrientes (I; iu, iv, iw) ya de forma efectiva aplicada a lo largo de un segundo intervalo de ángulo de movimiento (22) del rotor de 0 a 90º respecto a la dirección de movimiento actualizada tras la parada con posición de fase constante respecto al sistema de coordenadas del estator.

7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, donde

- termina la aplicación predeterminada en el modo de parada del patrón de corrientes (I; iu, iv, iw) , cuando el ángulo de movimiento eléctrico del rotor rebasa el primero o el segundo intervalo del ángulo de movimiento (21, 22) bajo la influencia de un par exterior (MA) que es mayor que el par de frenado (MB) de la máquina síncrona

(2) en las zonas marginales no colindantes del primero o del segundo intervalo del ángulo de movimiento (21, 22) en una dirección en la que no se encuentra ni el primero (21) ni el segundo intervalo del ángulo de movimiento 22,

- ajustándose después de rebasarse el primero y el segundo intervalo del ángulo de movimiento (21, 22) la tensión de rotor inducida (UEMK) y el patrón de corrientes (I; iu, iv, iw) de tal modo entre sí que al seguir moviéndose el rotor de la máquina síncrona (2) se produce un funcionamiento de generador con par constante según un requerimiento actual, como ha tenido lugar antes del paso al modo de parada.

8. Vehículo con al menos una máquina síncrona (2) eléctrica para el accionamiento del vehículo y con un sistema de control (1) que está adaptado para hacer funcionar la máquina síncrona (2) con un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Producto de programa de ordenador, que presenta segmentos de código de software que están almacenados en un sistema de control (1) para el control de una máquina síncrona (2) eléctrica, estando adaptados los segmentos de código de software de tal modo que el sistema de control realiza un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7.

10. Circuito programado por conexiones, que está adaptado para realizar un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, estando implementado el circuito programado por conexiones en un sistema de control (1) para el control de una máquina síncrona (2) eléctrica.