ES2249181B1 - Metodo y sistema de control. - Google Patents
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Abstract
Método y sistema de control que comprende una
unidad (11) de control electrónica que gobierna el suministro de
energía eléctrica de corriente desde una fuente de energía eléctrica
a una disposición motor-compresor (12, 13); la
unidad de control electrónica comprende un medio conversor que se
conecta un medio (15) de inversión para suministra la tensión
demandada por el motor (12). Un regulador (16) de ancho de pulso
PWM genera las señales de conmutación para todos los elementos de
conmutación de la unidad (11) relativas a dicha tensión
demandada.
Description
Método y sistema de control.
La presente invención se refiere a un método
para gobernar y controlar el suministro de energía desde una fuente
energía eléctrica a un conjunto que comprende un motor eléctrico
conectable a una unidad de compresión de refrigeración encapsulada
herméticamente.
Se conoce que aparatos de refrigeración
eléctricos se pueden alimentar desde fuentes de energía eléctrica
tal como baterías que son cargadas mediante un generador eléctrico
activado desde un motor de combustión interna o desde un panel de
células fotovoltaicas o similar.
Una desventaja que presenta el sistema
mencionado anteriormente se deriva del hecho de que el nivel de
tensión de la batería varia a lo largo del tiempo, esto es, el
nivel de tensión de la batería es superior a la tensión nominal de
la misma cuando es cargada, y cuando la batería se descarga, su
tensión progresivamente disminuye siendo inferior a la tensión
nominal de la misma, resultando que la batería debe ser
desconectada cuando su nivel de tensión alcanza un nivel inferior
predeterminado de tensión, a fin de proteger la batería.
Consecuentemente, se hace necesario desarrollar
un sistema de control para controlar el suministro de energía
eléctrica desde una batería a un conjunto de motor eléctrico
conectable a una unidad de compresión de refrigeración encapsulada
herméticamente de forma que se garantice la vida de la batería.
La presente invención busca resolver o reducir
uno o más de los inconvenientes expuestos anteriormente por medio
de un método de control del suministro eléctrico como es
reivindicada en la reivindicación 1. Realizaciones de la invención
son establecidas en las reivindicaciones dependientes.
Un objeto de la presente invención es
implementar un método para controlar el suministro de energía
eléctrica desde una fuente de energía eléctrica conectable a un
motor eléctrico a través de una unidad de control; en donde la
unidad de control recibe una tensión desde la fuente de energía
eléctrica. Un algoritmo PID calcula la tensión que hay que aplicar a
los arrollamientos del motor eléctrico para alcanzar la velocidad
deseada predeterminada, y genera por medio de un modulador PWM las
señales de conmutación, relativas a la señal de tensión calculada,
para aplicar a cada uno de los elementos de conmutación
comprendidos en dicha unidad de control, a fin de que el motor
alcance la velocidad de funcionamiento deseada.
Otro objeto de la presente invención es
preservar la vida de la batería.
Aún otro objeto de la presente invención es
mantener la temperatura de un recinto refrigerado sin penalizar la
batería.
Ahora serán descritos dispositivos que
materializan la invención, a modo de ejemplo solamente, con
referencia al dibujo adjunto, en el que:
la figura 1 muestra en un diagrama de bloques
una unidad de control electrónica conectada a una combinación
motor-compresor encapsulado herméticamente de
acuerdo a la invención.
A continuación, con referencia a la figura 1, se
encuentra esquemáticamente ilustrado un diagrama de bloques de un
medio 11 de control electrónico conectado a una combinación de un
motor 12 eléctrico y a un medio 13 de compresión y a una fuente de
energía eléctrica.
La unidad 11 de control comprende un medio 14 de
conversión de energía que recibe energía desde la fuente de energía
eléctrica tal como una batería o similar, no mostrado, conectable a
un generador eléctrico, no mostrado, que tiene por tarea recargar
la batería.
El convertidor 14 está realizado de acuerdo a
una topología elevadora tal como un convertidor elevador, esto es,
convertidor boost.
La unidad 11 de control incluye, también, un
medio 15 de inversión tal como un inversor trifásico conectado a
través de un par de terminales de entrada a un par de terminales de
salida del convertidor 14 boost. Asimismo, la unidad 11 de control
incluye unos terminales de salida por medio de los cuales está
conectada a los arrollamientos de un motor 12 de corriente continua
sin escobillas y sin sensores de la posición del rotor que, a su
vez, está acoplado al compresor 13. Un condensador 17 está
conectado en paralelo a los terminales de entrada del inversor 15
trifásico.
El convertidor 14 boost y el inversor 15
trifásico son ampliamente conocidos en el estado de la técnica y no
será descrito en detalle su funcionamiento. Ambos dispositivos 14,
15 incluyen elementos de conmutación tal como transistores de
efecto campo MOSFET, IGBT o similar que funcionan en modo corte y
conducción.
La unidad 11 de control incluye un
microprocesador, no mostrado, que ejecuta un algoritmo PID
(proporcional integral derivativo) para calcular la tensión
demandada por el motor 12 necesaria para alcanzar y mantener una
predeterminada velocidad.
La unidad 11 de control incluye, también, un
regulador 16 de modulación de anchura de pulso, PWM, que está
conectado a todos los elementos de conmutación de la unidad 11 de
control, para generar a partir de la tensión demandada las señales
de conmutación que son aplicadas a cada elemento de conmutación en
cada instante, como resultado, se generará una tensión que es
aplicada, en cada instante, sobre los arrollamientos del motor 12,
alcanzando este último la velocidad necesaria para mantener las
condiciones de refrigeración y preservar la vida de la batería.
La velocidad del motor 12 puede ser fija
predeterminada o función de la tensión de la batería, variable
dentro de un intervalo predeterminado, es decir, cuando la tensión
de la batería alcanza su valor de tensión inferior de
funcionamiento, el motor 12 debe girar a una velocidad mínima
predeterminada y cuando la tensión de la batería alcanza su valor de
tensión superior de funcionamiento, el motor debe girar a una
velocidad máxima predeterminada.
La velocidad puede ser también variable,
calculada a través de un algoritmo que analiza la temperatura del
recinto refrigerado o bien los ciclos de trabajo de un termostato
que mantiene dicha temperatura.
En resumen, en cada instante se conoce la
velocidad a que debe girar el motor 12. Una vez conocida la
velocidad, el algoritmo PID calcula el nivel de tensión que se ha
de aplicar a los arrollamientos del motor 12 para alcanzar dicha
velocidad. Una vez calculado el valor de tensión necesario, el
modulador 16 PWM genera las correspondientes señales de conmutación
para cada elemento de conmutación a fin de que el motor 12 gire a
la velocidad deseada. Las señales de conmutación hacen que los
elementos de conmutación de la unidad 11 de control trabajen en
modo corte y conducción.
En cualquier caso descrito anteriormente se
pueden dar dos circunstancias diferenciadas que son, la tensión
demanda por el motor 12, a saber, calculada por el algoritmo PID,
sea mayor que la tensión de la batería y que la tensión demanda por
el motor 12 sea inferior a la tensión de la batería.
En el caso de que el motor 12 demande un valor
de tensión mayor al valor de tensión suministrado desde la batería,
la tensión entregada al convertidor 14 boost desde la batería, es
transformada en una tensión mayor. Esta transformación es gobernada
por el modulador 16 PWM que genera en una de sus salidas una señal
de conmutación, ciclo de trabajo, que es aplicada al conmutador del
convertidor boost 14, de manera que el convertidor 14 convierte la
tensión recibida en otra tensión mayor, que es aplicada a los
arrollamientos del motor 12 vía el inversor 15 trifásico, que
trabaja sin modular.
En el caso de que el motor 12 demande un valor
de tensión inferior al valor de tensión suministrado desde la
batería, el modulador 16 PWM genera una señal de corte permanente
que es aplicada al conmutador del convertidor 14 boost, de manera
que dicho conmutador no conduce y hay una transferencia de potencia
no convertida entre la entrada y salida del convertidor 14 boost.
Para acomodar el nivel de tensión recibido desde la batería hasta el
valor demandado por el motor 12, el modulador 16 PWM genera las
correspondientes señales moduladas, ciclos de trabajo, para cada uno
de los elementos de conmutación del inversor 15 trifásico, de
manera que la tensión recibida desde la batería es recortada
substancialmente hasta el valor de tensión demandado desde el
motor
12.
12.
Las realizaciones y ejemplos establecidos en
esta memoria se presentan como la mejor explicación de la presente
invención y su aplicación práctica y para permitir de ese modo que
los expertos en la técnica pongan en práctica y utilicen la
invención. No obstante, los expertos en la técnica reconocerán que
la descripción y los ejemplos anteriores han sido presentados con
el propósito de ilustrar y solamente como ejemplo. La descripción
como se expone no está destinada a ser exhaustiva o a limitar la
invención a la forma precisa descrita. Muchas modificaciones y
variaciones son posibles a la luz de la enseñanza anterior sin
salirse del espíritu y alcance de las reivindicaciones
siguientes.
Claims (16)
1. Método para controlar el suministro de
energía eléctrica desde una fuente de energía eléctrica conectable
a un motor (12) eléctrico a través de una unidad (11) de control; a
su vez, el motor (12) eléctrico es conectable a un medio (13) de
compresión; caracterizado porque el método comprende los
pasos de:
- detectar la tensión de la fuente de energía
eléctrica,
- predeterminar una velocidad de funcionamiento
deseada del motor (12) eléctrico,
- calcular por medio de un algoritmo PID la
señal de tensión que hay que aplicar a los arrollamientos del motor
(12) eléctrico para alcanzar la velocidad deseada predeterminada,
y
- generar por medio de un regulador (16) de
anchura de pulso PWM las señales de conmutación, relativas a la
señal de tensión calculada, para aplicar a cada uno de los
elementos de conmutación incluidos en la unidad (11) de control, a
fin de que el motor (12) alcance la velocidad de funcionamiento
deseada.
2. Método de acuerdo a la reivindicación 1;
caracterizado porque la velocidad de funcionamiento deseada
del motor (12) eléctrico es substancialmente fija
predeterminada.
3. Método de acuerdo a la reivindicación 1;
caracterizado, porque la velocidad de funcionamiento deseada
del motor (12) eléctrico es función de la tensión de la fuente de
energía eléctrica tal como una batería o baterías.
4. Método de acuerdo a la reivindicación 3;
caracterizado porque la velocidad de funcionamiento deseada
del motor (12) eléctrico es variable dentro de un intervalo
definido entre un valor mínimo y máximo de velocidad.
5. Método de acuerdo a la reivindicación 1;
caracterizado porque la velocidad de funcionamiento deseada
del motor (12) eléctrico es substancialmente variable en función de
la temperatura de un recinto refrigerado o bien en función de los
ciclos de trabajo de un termostato instalado dentro del recinto
refrigerado.
6. Sistema para controlar el suministro de
energía eléctrica desde una fuente de energía eléctrica conectable a
un motor (12) eléctrico a través de una unidad (11) de control; a
su vez, el motor (12) eléctrico es conectable a un medio (13) de
compresión; caracterizado, porque el sistema comprende:
- medios de detección de la tensión de la fuente
de energía eléctrica,
- medios de predeterminación de una velocidad de
funcionamiento deseada del motor (12) eléctrico,
- medios de cálculo de la señal de tensión que
hay que aplicar a los arrollamientos del motor (12) eléctrico para
alcanzar la velocidad deseada predeterminada, y
- regulador (16) de anchura de pulso PWM que
genera las señales de conmutación, relativas a la señal de tensión
calculada, para aplicar a cada uno de los elementos de conmutación
incluidos en la unidad (11) de control, a fin de que el motor (12)
alcance la velocidad de funcionamiento deseada.
7. Sistema de acuerdo a la reivindicación 6;
caracterizado porque la unidad (11) de control incluye
además un medio (14) de conversión de energía que recibe energía
desde la fuente de energía eléctrica.
8. Sistema de acuerdo a la reivindicación 7;
caracterizada, porque el medio (14) de conversión de energía
comprende un elemento de conmutación que está en modo corte
permanente cuando el nivel de tensión demandado por el motor (12)
eléctrico es inferior al nivel de tensión de la fuente de energía
eléctrica y en modo modulación en caso contrario.
9. Sistema de acuerdo a la reivindicación 8;
caracterizado porque el medio (14) de conversión de energía
es un convertidor elevador.
10. Sistema de acuerdo a la reivindicación 9;
caracterizado porque la unidad (11) de control incluye
además un medio (15) de inversión conectado un medio (14) de
conversión de energía a que, a su vez, está conectado al conjunto
motor eléctrico-compresor (12, 13).
11. Sistema de acuerdo a la reivindicación 10;
caracterizado porque cada elemento de conmutación del medio
(15) de inversión trifásica trabaja en conducción permanente y al
corte cuando la tensión del motor (12) es inferior a la tensión de
la batería y trabaja en modulación y al corte en caso contrario.
12. Unidad de control conectable a una fuente de
energía eléctrica y a un conjunto motor
eléctrico-compresor (12, 13); caracterizado
porque la unidad (11) de control incluye además un medio (14) de
conversión de energía conectado a un medio (15) de inversión que, a
su vez, está conectado al conjunto motor
eléctrico-compresor (12, 13).
13. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 12; caracterizado porque cada elemento de
conmutación del medio (15) de inversión trifásica trabaja en
conducción permanente y al corte cuando la tensión demandada por el
motor (12) es inferior a la tensión de la batería y trabaja en
modulación y al corte en caso contrario.
14. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 13; caracterizado porque el medio (14) de
conversión de energía comprende un elemento de conmutación que está
en modo corte permanentemente cuando el nivel de tensión demandado
por el motor (12) eléctrico es inferior al nivel de tensión de la
fuente de energía eléctrica y en modo modulación en caso
contrario.
15. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 12; caracterizado porque el medio (14) de
conversión de energía es un convertidor elevador.
16. Unidad de control de acuerdo a la
reivindicación 14; caracterizado porque el medio (14) de
inversión es un inversor trifásico que incluye elementos de
conmutación tal como transistores de efecto campo MOSFET, IGBT o
similar.
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