Sistema de freno eléctrico de pérdidas magnéticas.

Sistema de freno eléctrico para una máquina electromecánica (M) conectada a los bornes de salida de unondulador (3) cuyos bornes de entrada son alimentados por una fuente de tensión continua (1),

comprendiendo elsistema un circuito eléctrico conectado entre los bornes de entrada del ondulador (3) y que comprende, conectadosen serie:

- medios de disipación de una energía eléctrica reenviada por la máquina electromecánica (M) a los bornes deentrada del ondulador (3) durante una fase de frenado de la máquina electromecánica,

- medios de conmutación (T) destinados a cerrar el citado circuito eléctrico durante una fase de frenado de lamáquina electromecánica y a abrir el citado circuito eléctrico en ausencia de una fase de frenado de la máquinaelectromecánica,

caracterizado porque los medios de disipación de una energía eléctrica comprenden una inductancia (Lf) bobinadaalrededor de un circuito magnético (4), siendo disipada la energía recuperada por la inductancia (Lf) durante unafase de frenado por pérdidas de histéresis y corrientes de Foucault en el circuito magnético, no estando prevista enla entrada del ondulador ninguna resistencia de disipación de la energía eléctrica reenviada por la máquinaelectromecánica.

Sistema de freno eléctrico de pérdidas magnéticas

Ámbito técnico La invención se refiere a un sistema de freno eléctrico de pérdidas magnéticas destinado a disipar la energía producida por una máquina electromecánica durante la fase de frenado, cuando la red de alimentación o su interfaz no es bidireccional.

Estado de la técnica anterior

Tanto en el caso en que la máquina electromecánica sea alimentada directamente por una tensión continua (motor de escobillas por ejemplo) , como en el caso en que ésta sea alimentada por una tensión alterna a través de un ondulador, la energía generada durante las fases de frenado de la máquina, es generalmente disipada por un sistema conectado al bus de CC. En la mayoría de los casos, esta disipación es asegurada por resistencias. Cuando estas resistencias deben almacenar energías importantes y/o cuando deben resistir a un gran número de ciclos de funcionamiento, éstas son pesadas, voluminosas y caras. Además, el flujo de disipación hacia la pared de la carcasa a la que las mismas están fijadas es, en estos casos, difícil de controlar. Esto hace no fácil la gestión térmica de la aplicación.

La figura 1 es un esquema eléctrico que muestra un sistema clásico de freno eléctrico con disipación de la energía restituida por el frenado en una resistencia. Este sistema de freno eléctrico está dispuesto en el circuito de alimentación de una máquina electromecánica M. El circuito de alimentación comprende una fuente de tensión continua 1 que alimenta, a través de un diodo de protección Dp, un ondulador 3 en cuyos bornes está conectada la máquina electromecánica M. Entre el cátodo del diodo de protección Dp y el borne – de la fuente de tensión continua 1 está conectado, en inverso, un diodo de rueda libre D1 y un filtro de modo diferencial. El filtro de modo diferencial comprende una inductancia L, bobinada alrededor de un circuito magnético 2, y un condensador C. El ondulador 3 está conectado a los bornes del condensador C. El sistema de freno eléctrico comprende un primer ramal que comprende dos diodos D2 y D3 conectados en serie y en inverso a los bornes del condensador C. Un segundo ramal, que comprende una resistencia de frenado Rf en serie con un transistor (IGBT u otro) indicado por T, está conectado a los bornes del condensador C. El punto medio entre la resistencia de frenado Rf y el transistor T está unido al punto medio situado entre los diodos D2 y D3, Durante un frenado de la máquina electromecánica M, la energía de frenado es disipada en la resistencia Rf.

El funcionamiento del circuito de la figura 1 es el siguiente. Cuando la máquina electromecánica M facilita energía mecánica, el transistor T es mandado para estar en modo bloqueado y ninguna corriente circula por la resistencia Rf. Los diodos D2 y D3 están inoperantes en esta fase. Cuando la máquina electromecánica recibe energía mecánica, el ondulador 3 reenvía energía eléctrica hacia el condensador C. Haciendo conductor al transistor T, habitualmente por medio de un mando MLI (de Modulación de Anchura por Impulsos) , se provoca entones el paso de una corriente eléctrica por la resistencia Rf y la disipación en forma térmica de la energía eléctrica reenviada por la máquina electromecánica a la entrada del ondulador. Los diodos D2 y D3 sirven de diodo de rueda libre para el conjunto de las inductancias parásitas del ramal constituido por la resistencia Rf y el transistor T.

El documento US-A-6 072 291 divulga un sistema de freno eléctrico para una máquina electromecánica conectada a los bornes de salida de un ondulador cuyos bornes de entrada son alimentados por una fuente de tensión continua. El sistema comprende un circuito eléctrico conectado entre los bornes de entrada del ondulador y que comprende, conectados en serie:

- medios de disipación de una energía eléctrica reenviada por la máquina electromecánica a los bornes de entrada del ondulador durante una fase de frenado de la máquina electromecánica,

- medios de conmutación destinados a cerrar el citado circuito eléctrico durante una fase de frenado de la máquina electromecánica y a abrir el citado circuito eléctrico en ausencia de una fase de frenado de la máquina electromecánica.

De acuerdo con la patente US-A-6 072 291, la energía eléctrica, que es reenviada a los bornes de entrada del ondulador durante una fase de frenado, es disipada principalmente en una resistencia de frenado.

Exposición de la invención La invención propone otra solución que la disipación en una resistencia eléctrica, para el frenado eléctrico de una máquina electromecánica. La solución propuesta es disipar en el núcleo de una inductancia la energía producida por una máquina electromecánica durante una fase de frenado, compartiendo esta inductancia por ejemplo el mismo núcleo magnético que la inductancia de filtrado de la alimentación en corriente continua.

Las pérdidas magnéticas en el núcleo dependen de la frecuencia y de la amplitud de la variación de inducción. La cantidad de energía disipada en el núcleo puede ser dosificada por tanto en cualquier instante por un mando MLI a frecuencia fija o variable aplicada al transistor T.

Así pues, la invención tiene por objeto un sistema de freno eléctrico para una máquina electromecánica conectada a los bornes de salida de un ondulador cuyos bornes de entrada son alimentados por una fuente de tensión continua, comprendiendo el sistema un circuito eléctrico conectado entre los bornes de entrada del ondulador y que comprende, conectados en serie:

- medios de disipación de una energía eléctrica reenviada por la máquina electromecánica a los bornes de entrada del ondulador durante una fase de frenado de la máquina electromecánica,

- medios de conmutación destinados a cerrar el citado circuito eléctrico durante una fase de frenado de la máquina electromecánica y a abrir el citado circuito eléctrico en ausencia de una fase de frenado de la máquina electromecánica,

caracterizado porque los medios de disipación de una energía eléctrica comprenden una inductancia bobinada alrededor de un circuito magnético, siendo disipada la energía recuperada por la inductancia durante una fase de frenado por pérdidas de histéresis y corrientes de Foucault en el circuito magnético, no estando prevista en la entrada del ondulador ninguna resistencia de disipación de la energía eléctrica reenviada por la máquina electromecánica.

Puede utilizarse un filtro de modo diferencial. Este filtro puede comprender una inductancia de filtrado, bobinada alrededor de un circuito magnético y colocada en serie entre la fuente de tensión continua y el ondulador, y un condensador de filtrado colocado entre los bornes de entrada del ondulador. La inductancia de filtrado y la inductancia de disipación pueden tener un circuito magnético común o no según el modo de realización.

De acuerdo con un modo de realización, la inductancia de filtrado y la inductancia de disipación utilizan el mismo circuito magnético pero no están acopladas entre sí magnéticamente. En este caso, el circuito magnético puede ser un circuito en EI o EE, comprendiendo la inductancia de filtrado dos arrollamientos idénticos conectaos en serie, estando bobinado cada arrollamiento alrededor de una pata externa de la E, estando bobinada la inductancia de disipación alrededor de la otra pata central de la E. La disposición inversa es igualmente posible, comprendiendo la inductancia de disipación dos arrollamientos idénticos conectados en serie, estando bobinado cada arrollamiento alrededor de una pata externa de la E, estando bobinada la inductancia de filtrado alrededor de la pata central de la E.

De acuerdo con otro modo de realización, la inductancia de filtrado y la inductancia de disipación están acopladas entre sí. En este caso, el circuito magnético puede ser un circuito en forma de O que presenta dos ramales opuestos de bobinado, estando constituida la inductancia de filtrado por dos arrollamientos conectados en serie, estando bobinado cada uno igualmente alrededor de un ramal.

La invención se aplica a cualesquiera máquinas electromecánicas reversibles conectadas a un bus de CC, directamente o a través de un convertidor. En la mayoría de las aplicaciones, se tratará de una máquina síncrona o asíncrona trifásica conectada al bus de CC a través de un ondulador trifásico. Para simplificación de la explicación, solo será presentado este caso, pero esto no excluye en modo alguno a los otros casos de máquinas/convertidores.

Breve descripción de los dibujos La invención se comprenderá mejor y otras ventajas y particularidades se pondrán de manifiesto... [Seguir leyendo]

1. Sistema de freno eléctrico para una máquina electromecánica (M) conectada a los bornes de salida de un ondulador (3) cuyos bornes de entrada son alimentados por una fuente de tensión continua (1) , comprendiendo el sistema un circuito eléctrico conectado entre los bornes de entrada del ondulador (3) y que comprende, conectados en serie:

-medios de disipación de una energía eléctrica reenviada por la máquina electromecánica (M) a los bornes de entrada del ondulador (3) durante una fase de frenado de la máquina electromecánica,

- medios de conmutación (T) destinados a cerrar el citado circuito eléctrico durante una fase de frenado de la máquina electromecánica y a abrir el citado circuito eléctrico en ausencia de una fase de frenado de la máquina electromecánica,

caracterizado porque los medios de disipación de una energía eléctrica comprenden una inductancia (Lf) bobinada alrededor de un circuito magnético (4) , siendo disipada la energía recuperada por la inductancia (Lf) durante una fase de frenado por pérdidas de histéresis y corrientes de Foucault en el circuito magnético, no estando prevista en la entrada del ondulador ninguna resistencia de disipación de la energía eléctrica reenviada por la máquina electromecánica.

2. Sistema de freno eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual un filtro de modo diferencial que comprende una inductancia de filtrado (L) , bobinada alrededor de un circuito magnético (2) que está colocada en serie entre la fuente de tensión continua (1) y el ondulador (3) , y un condensador de filtrado (C) que está colocado entre los bornes de entrada del ondulador (3) , la inductancia de filtrado (L) y la inductancia de disipación (Lf) tienen un circuito magnético (4) común.

3. Sistema de freno eléctrico de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual la inductancia de filtrado (L) y la inductancia de disipación (Lf) no están acopladas magnéticamente entre sí.

4. Sistema de freno eléctrico de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual el circuito magnético (4) es un circuito en EI o EE, comprendiendo la inductancia de filtrado dos arrollamientos idénticos (L’, L”) conectados en serie, estando bobinado cada arrollamiento alrededor de una pata externa de la E, estando bobinada la inductancia de disipación alrededor de la pata central de la E.

5. Sistema de freno eléctrico de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual el circuito magnético (4) es un circuito en EI o EE, comprendiendo la inductancia de disipación dos arrollamientos idénticos conectados en serie, estando bobinado cada arrollamiento alrededor de una pata externa de la E, estando bobinada la inductancia de filtrado alrededor de la pata central de la E.

6. Sistema de freno eléctrico de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual la inductancia de filtrado (L) y la inductancia de disipación (Lf) están acopladas entre sí.

7. Sistema de freno eléctrico de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual el circuito magnético (10) es un circuito en forma de O que presenta dos ramales opuestos de bobinado, estando constituida la inductancia de filtrado por dos arrollamientos (L1, L2) conectados en serie, estando cada uno bobinado alrededor de un ramal, estando constituida la inductancia de disipación por dos arrollamientos (Lf1, Lf2) conectados en serie, estando bobinado cada uno igualmente alrededor de un ramal.

8. Sistema de freno eléctrico de acuerdo con la reivindicación 7, en el cual el circuito magnético en forma de O (10) está constituido por dos partes (11, 12) en forma de C fijadas entre sí por medio de entrehierros (13) de material no magnético.

9. Sistema de freno eléctrico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el circuito magnético de la inductancia de disipación está provisto de medios de aislamiento térmico que permiten controlar el nivel del flujo térmico hacia una pared de la carcasa a la cual aquél está fijado.