ES2728419T3 - Procedimiento y aparato para controlar una máquina eléctrica con dos o más devanados estatóricos multifase - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para controlar una máquina eléctrica que comprende dos devanados estatóricos multifase, comprendiendo el procedimiento: - controlar (302) las etapas de potencia conectadas con los devanados estatóricos multifase en función de cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación (iD1, iQ1, iD2, iQ2) expresadas en un sistema de coordenadas acotado a un rotor de la máquina eléctrica y en función de un modelo de la máquina eléctrica que modela al menos las inductancias de los dos devanados estatóricos multifase y las inductancias mutuas entre los dos devanados estatóricos multifase, y - convertir (301) las corrientes estatóricas de fase de los dos devanados estatóricos multifase en las cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación con una norma de conversión correspondiente a una forma del modelo de la máquina eléctrica en el que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo depende únicamente de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo, caracterizado porque los coeficientes de inductancias entre los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo y las corrientes estatóricas convertidas en rotación son proporcionales a: Ld + Md, Lq + Mq, Ld - Md, y Lq - Mq, siendo Ld una inductancia del eje directo, siendo Md una inductancia mutua del eje directo entre los dos devanados estatóricos multifase, siendo Lq una inductancia del eje de cuadratura, y siendo Mq una inductancia mutua del eje de cuadratura entre los dos devanados estatóricos multifase.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento y aparato para controlar una máquina eléctrica con dos o más devanados estatóricos multifase
Campo de la invención
La invención versa, en general, acerca de máquinas eléctricas giratorias. Más en particular, la invención versa acerca de un procedimiento para controlar una máquina eléctrica que comprende dos o más devanados estatóricos multifase. Además, la invención versa acerca de un aparato y de un programa de ordenador con el fin de controlar una máquina eléctrica que comprende dos o más devanados estatóricos multifase.
Antecedentes
En muchas aplicaciones, se requiere un nivel elevado de disponibilidad de un sistema de accionamiento eléctrico. Por ejemplo, en una propulsión eléctrica de embarcación la disponibilidad es crítica desde el punto de vista de la seguridad. Se puede aumentar la disponibilidad añadiendo redundancia al sistema de accionamiento eléctrico. Debido a razones económicas, una redundancia multiplicando el número de sistemas completos de accionamiento eléctrico solo es posible raramente. Sin embargo, la redundancia puede lograrse proporcionando una máquina eléctrica con dos o más devanados estatóricos multifase aislados galvánicamente, siendo suministrado cada uno de los cuales con su propia etapa de potencia multifase. La máquina eléctrica puede comprender, por ejemplo, dos devanados estatóricos trifásicos conectados en estrella que están desfasados entre sí, por ejemplo, 30 grados eléctricos.
Un control preciso de una máquina eléctrica se basa, normalmente, en un modelo que modela el comportamiento de las corrientes y las tensiones de la máquina eléctrica y, a veces, también el par producido. Junto con una máquina eléctrica sincronizada que puede tener un rotor de polos salientes, las corrientes, las tensiones y los acoplamientos inductivos son expresados, preferentemente, en formas convertidas en rotación adecuadas en un sistema de coordenadas acotado al rotor para evitar la dependencia de la posición de los parámetros de inductancia del modelo. Se pueden controlar las corrientes estatóricas convertidas en rotación en función de las diferencias entre las corrientes estatóricas convertidas en rotación y sus valores diana. Los valores diana de las corrientes estatóricas convertidas en rotación pueden formarse en función, por ejemplo, del par deseado. Normalmente, las corrientes y las tensiones estatóricas convertidas en rotación son expresadas en el sistema de coordenadas d-q cuyos ejes de coordenadas se encuentran a lo largo de los ejes directo y de cuadratura del rotor. La ventaja inherente del sistema de coordenadas d-q es que el componente d de las corrientes estatóricas no genera un acoplamiento inductivo en la dirección q y, de forma correspondiente, el componente q de las corrientes estatóricas no genera un acoplamiento inductivo en la dirección d. Este desacoplamiento entre las direcciones d y q facilita significativamente el control de las corrientes estatóricas convertidas en rotación debido a que se pueden regular los componentes d y q de las corrientes estatóricas, por ejemplo, con reguladores separados que pueden ser, por ejemplo, reguladores proporcionales-integrales “PI”.
En un caso de una máquina eléctrica que comprende dos o más devanados estatóricos multifase, la situación es más complicada. Los dos o más devanados estatóricos multifase tienen acoplamientos magnéticos mutuos. Por lo tanto, por ejemplo, el acoplamiento inductivo estatórico en la dirección d de uno de los devanados estatóricos multifase depende no solo del componente d de las corrientes estatóricas de este devanado estatórico multifase sino también de los componentes d de las corrientes estatóricas de los otros devanados estatóricos multifase. En un principio sencillo de control, se descuidan los acoplamientos magnéticos mutuos mencionados anteriormente y se controlan por separado entre sí los dos o más devanados estatóricos multifase. Sin embargo, el descuido de los acoplamientos magnéticos mutuos mencionados anteriormente reduce la precisión del control. Por otra parte, el control se complica significativamente más si se tienen en cuenta los acoplamientos magnéticos mutuos, debido a que esto requiere una cooperación entre los reguladores relacionada con distintos devanados estatóricos multifase.
Los documentos de BENKHORIS M F ET AL: “Decoupling algorithm in view of multivariable electrical drives control”, WO2012/046115 y EP2020334 son la técnica anterior de la presente solicitud.
Sumario
Lo que sigue presenta un sumario simplificado para proporcionar una compresión básica de algunos aspectos de diversas realizaciones de la invención. El sumario no es una revisión general exhaustiva de la invención. Ni se pretende que identifique elementos clave o críticos de la invención ni que defina el alcance de la invención. El siguiente sumario simplemente presenta algunos conceptos de la invención de una forma simplificada como preludio a una descripción más detallada de realizaciones ejemplares de la invención.
Según el primer aspecto de la invención, se proporciona un nuevo procedimiento para controlar una máquina eléctrica que comprende dos devanados estatóricos multifase. El procedimiento según la invención comprende:
- convertir las corrientes estatóricas de fase de los dos devanados estatóricos multifase en cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación expresadas en un sistema de coordenadas acotado a un rotor de la máquina eléctrica, y
- controlar las etapas de potencia conectadas con los devanados estatóricos multifase en función de las cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación y en función de un modelo de la máquina eléctrica que modela al menos las inductancias de los dos devanados estatóricos multifase y las inductancias mutuas entre los dos devanados estatóricos multifase,
en el que las corrientes estatóricas de fase se convierten en las corrientes estatóricas convertidas en rotación con una norma de conversión correspondiente a una forma del modelo de la máquina eléctrica en la que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo depende únicamente de una corriente estatórica convertida en rotación cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo, por ejemplo, debido a una saturación magnética.
Los coeficientes de inductancia entre los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo de la máquina eléctrica y las corrientes estatóricas convertidas en rotación son proporcionales a: Ld Md, Lq Mq, Ld - Md, y Lq - Mq, siendo Ld una inductancia del eje directo, siendo Md una inductancia mutua del eje directo entre los dos devanados estatóricos multifase, siendo Lq una inductancia del eje de cuadratura, y siendo Mq es una inductancia mutua del eje de cuadratura entre los dos devanados estatóricos multifase.
La forma mencionada anteriormente del modelo en el que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo depende únicamente de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación puede obtenerse, por ejemplo, diagonalizando la matriz de inductancia del modelo tradicional de d-q de la máquina eléctrica.
El uso de la forma en la que cada acoplamiento inductivo estatórico depende únicamente de una corriente estatórica convertida en rotación facilita de forma significativa el control de las corrientes estatóricas convertidas en rotación debido a que las corrientes estatóricas convertidas en rotación pueden ser reguladas, por ejemplo, con reguladores proporcionales-integrales “PI” separados.
Según el segundo aspecto de la invención, se proporciona un nuevo aparato con el fin de controlar una máquina eléctrica que comprende dos devanados estatóricos multifase. El aparato según la invención comprende un sistema de procesamiento configurado para:
- producir señales de control de la tensión, que son adecuadas para controlar la máquina eléctrica, en función de cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación expresadas en un sistema de coordenadas acotado a un rotor de la máquina eléctrica y en función de un modelo de la máquina eléctrica que modela al menos inductancias de los dos devanados estatóricos multifase e inductancias mutuas entre los dos devanados estatóricos multifase, y - convertir corrientes estatóricas de fase de los dos devanados estatóricos multifase en las corrientes estatóricas convertidas en rotación con una norma de conversión correspondiente a una forma del modelo de la máquina eléctrica en la que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo depende únicamente de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo.
El aparato puede comprender, además, por ejemplo pero no necesariamente, etapas de potencia para proporcionar tensiones de alimentación a los dos o más devanados estatóricos multifase en función de las señales de control de la tensión.
Según el tercer aspecto de la invención, se proporciona un nuevo programa de ordenador con el fin de controlar una máquina eléctrica que comprende dos devanados estatóricos multifase. El programa de ordenador según la invención comprende instrucciones ejecutables por un ordenador para controlar un procesador programable para:
- producir señales de control de la tensión, que son adecuadas para controlar la máquina eléctrica, en función de cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación expresadas en un sistema de coordenadas acotado a un rotor de la máquina eléctrica y en función de un modelo de la máquina eléctrica que modela al menos las inductancias de los dos devanados estatóricos multifase y las inductancias mutuas entre los dos devanados estatóricos multifase,
- convertir corrientes estatóricas de fase de los dos devanados estatóricos multifase en las corrientes estatóricas convertidas en rotación con una norma de conversión correspondiente a una forma del modelo de la máquina eléctrica en la que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo solo depende de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo.
Según el cuarto aspecto de la invención, se proporciona un nuevo producto de programa de ordenador. El producto de programa de ordenador comprende un soporte no volátil legible por un ordenador, por ejemplo un disco compacto “CD”, codificado con un programa de ordenador según la invención.
En las reivindicaciones dependientes adjuntas se describe un número de realizaciones ejemplares de la invención.
Se comprenderán las diversas realizaciones ejemplares de la invención tanto en cuanto a construcciones como a procedimientos de operación, junto con objetos y ventajas adicionales de las mismas, a partir de la siguiente descripción de realizaciones ejemplares específicas cuando sea leída en conexión con los dibujos adjuntos.
En el presente documento se utilizan los verbos “comprender” e “ incluir” como limitaciones abiertas que ni excluyen ni requieren la existencia de características no enumeradas. Las características enumeradas en las reivindicaciones dependientes pueden ser combinadas libremente entre sí a no ser que se indique explícitamente lo contrario.
Breve descripción de las figuras
A continuación se explican con mayor detalle las realizaciones ejemplares de la invención y sus ventajas en el sentido de ejemplos y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra una ilustración esquemática de una máquina eléctrica ejemplar según la técnica anterior y que comprende dos devanados estatóricos trifásicos,
la figura 2 muestra un diagrama de bloques funcionales de un aparato según una realización ejemplar de la invención con el fin de controlar una máquina eléctrica que comprende dos o más devanados estatóricos multifase, y
la figura 3 es un diagrama esquemático de flujo de un procedimiento según una realización ejemplar de la invención para controlar una máquina eléctrica que comprende dos o más devanados estatóricos multifase.
Descripción de realizaciones ejemplares
La Figura 1 muestra una ilustración esquemática de una máquina eléctrica ejemplar que comprende dos o más devanados estatóricos multifase. En este caso ejemplar, la máquina eléctrica es una máquina sincronizada de polos salientes, que comprende un devanado de excitación y/o material para imanes permanentes en su rotor 102. Además, la máquina eléctrica podría comprender devanados amortiguadores en su rotor. En este caso ejemplar, un estátor 101 de la máquina eléctrica comprende dos devanados estatóricos trifásicos. El primero de los devanados estatóricos trifásicos comprende devanados estatóricos 103, 104 y 105 de fase. El segundo de los devanados estatóricos trifásicos comprende devanados estatóricos 106, 107 y 108 de fase. Las corrientes de fase del primer devanado estatórico trifásico son denotadas con ia1, ib1 y ic1, y las corrientes de fase de los segundos devanados estatóricos trifásicos son denotadas con ia2, ib2 y ic2. Las tensiones de fase del primer devanado estatórico trifásico son denotadas con ua1, um y uc1, y las tensiones de fase del segundo devanado estatórico trifásico son denotadas con ua2, ub2y uc2. Los devanados estatóricos trifásicos primero y segundo están desfasados entre sí un ángulo eléctrico de 2y, según se ilustra en la figura 1.
La Figura 1 presenta un sistema de coordenadas d-q que está acotado al rotor 102. El eje d del sistema de coordenadas d-q representa el eje directo del rotor, y el eje q del sistema de coordenadas d-q representa el eje de cuadratura del rotor, según se ilustra en la figura 1. La Figura 1 presenta también un sistema de coordenadas a-p que está acotado al estátor 101. La posición de rotación del rotor con respecto al estátor se expresa con un ángulo 0. La velocidad u> de rotación del rotor es la derivada con relación al tiempo de 0, es decir u> = d0/dt. El modelo d-q tradicional de la máquina eléctrica se expone brevemente a continuación como preludio a las descripciones de realizaciones ejemplares de la invención.
Sin limitar la generalidad, los inventores suponen, en aras de la sencillez, que el rotor de la máquina eléctrica es un rotor de imanes permanentes que no comprende ningún devanado de excitación y amortiguador. En este caso, la máquina eléctrica puede ser modelada con las siguientes ecuaciones de tensión expresadas en el sistema de coordenadas d-q:
siendo u¿1 y uq1 tensiones estatóricas convertidas en rotación del primer devanado estatórico trifásico expresadas en el sistema de coordenadas d-q, ud2 y siendo uq2 las tensiones estatóricas convertidas en rotación de los segundos devanados estatóricos trifásicos expresados en el sistema de coordenadas d-q, id1 y iq1 son corrientes estatóricas convertidas en rotación de los primeros devanados estatóricos trifásicos expresadas en el sistema de coordenadas d-q, id2 y iq2 son las corrientes estatóricas convertidas en rotación de los segundos devanados estatóricos trifásicos expresadas en el sistema de coordenadas d-q, y Rs es la resistencia estatórica.
Vd1 y %1 son los acoplamientos inductivos estatóricos en las direcciones d y q de los primeros devanados estatóricos trifásicos, respectivamente, y ^d2 y %2 son los acoplamientos inductivos estatóricos en las direcciones
d y q de los segundos devanados estatóricos trifásicos, respectivamente. Estos acoplamientos inductivos pueden ser modelados con las siguientes ecuaciones:
'P d l = Ld ¡d1 M d ¡d2 'PpMd,
'Pql = Lq Íqi Mq Íq2, (2)
^ 2 = Ld ¡d2 M d ¡d1 'í'pM d, y
^ 2 = Lq Íq2 Mq ¡qi ,
en las que Ld es la inductancia del eje directo, Md es la inductancia mutua del eje directo entre los devanados estatóricos trifásicos primero y segundo, Lq es la inductancia del eje de cuadratura, Mq es la inductancia mutua del eje de cuadratura entre los devanados estatóricos trifásicos primero y segundo, y ^PMd es el acoplamiento inductivo estatórico en la dirección d creado por el rotor de imanes permanentes.
El modelo de la máquina eléctrica definido por las ecuaciones (1) y (2) puede presentarse de la siguiente forma matricial:
di
U d q = R s Í d q L d q . to J L dqidq wJM JPMdq, (3)
dt
en la que:
En la ecuación (3) presentada anteriormente, se denotan vectores con una letra negrita minúscula y matrices con letras negritas mayúsculas. También se utilizará esta notación en otras partes del presente documento.
El vector de las tensiones estatóricas convertidas en rotación Udq puede obtenerse del vector de las tensiones estatóricas de fase Uabc = [uai, ubi, uci, ua2, ub2, uc2]T con la siguiente norma de conversión:
Udq = Tt(0) Uabcj (4)
en la que 0 es el ángulo que expresa la posición de rotación del rotor con respecto al estátor, según se muestra en la figura 1, y Ti(0) es una primera matriz de conversión:
en la que las submatrices Tp están dadas por:
en la que Ci es un coeficiente constante de cambio de escala.
El vector de las corrientes estatóricas convertidas en rotación idq puede obtenerse del vector de las corrientes estatóricas de fase iabc = [ia1, ib1, ic1, ia2, ib2, ic2]T con la siguiente norma de conversión:
La descripción presentada anteriormente está relacionada con una máquina eléctrica que comprende dos devanados estatóricos trifásicos. Sin embargo, es sencillo generalizar las ecuaciones (1)-(6) presentadas anteriormente a un caso general en el que hay N devanados estatóricos de M fases. También en el caso general, las ecuaciones de tensión en la forma matricial serían similares a la ecuación (3) mostrada anteriormente. La matriz de inductancia Ldq sería una matriz de 2N x 2N, el vector de las corrientes estatóricas convertidas en rotación idq tendrían 2N elementos y el vector de las tensiones estatóricas convertidas en rotación Udq tendrían 2N elementos.
Como puede verse en las ecuaciones (2), los acoplamientos inductivos estatóricos en las direcciones d y q del primer devanado estatórico trifásico ^di y % i también dependen de las corrientes id2 e iq2 del segundo devanado estatórico trifásico. De forma correspondiente, los acoplamientos inductivos estatóricos en las direcciones d y q del segundo devanado estatórico trifásico ^d2 y ^q2 también dependen de las corrientes idi e iqi del primer devanado estatórico trifásico. Esta dependencia cruzada complica el control de las corrientes de la máquina eléctrica. En la ecuación (3) de forma matricial, la dependencia cruzada se manifiesta mediante los elementos no nulos fuera de la diagonal de la matriz Ldq de inductancia.
Junto con las realizaciones de la presente invención, se evita el problema asociado con la dependencia cruzada mencionada anteriormente utilizando tal forma del modelo de la máquina eléctrica en la que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo depende únicamente de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación a pesar de las inductancias mutuas entre los dos devanados estatóricos multifase cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo, por ejemplo, debido a una saturación magnética.
La forma mencionada anteriormente del modelo de la máquina eléctrica puede derivarse, por ejemplo, de la formulación matricial presentada por la ecuación (3).
La matriz Ldq de inductancia es simétrica y, por lo tanto, puede ser convertida en una forma diagonal con la ayuda de una segunda matriz T2 de conversión:
en la que Ldq es la matriz diagonalizada de inductancia y la segunda matriz T2 de conversión es [gi g 2... gn] siendo gi g2 ... gn los vectores propios de la matriz Ldq de inductancia. Por ejemplo, en el caso en el que hay dos devanados estatóricos multifase, se puede presentar la segunda matriz T2 de conversión en la forma:
en la que C2 es un coeficiente constante de cambio de escala. Por ejemplo, C2 = i/V2 hace a la segunda matriz de conversión ortonormal para que T2T2T = T2TT2 sea una diagonal de matriz unidad ( i, i , i, i).
La formulación matricial representada por la ecuación (3) puede ser multiplicada desde la izquierda con la segunda matriz T2 de conversión:
dTJ
"^2^dq ^s"^2*dq ^dq
dt + toT 2 JLdqT 2 T 2 idq wT 2 JMJPMdq, (9)
en la que también se utiliza la norma de que T2TT2 es una matriz unidad.
La ecuación (9) puede escribirse como:
di D u Q
DQ ^s*DQ 1-DQ + CüJmLDQÍDQ k'Jm^PMDQ ’ ( 10)
dt
en la que:
- udq es un vector de las tensiones estatóricas convertidas en rotación T2Udq,
- ídq es un vector de las corrientes estatóricas convertidas en rotación T2idq,
- Jm es una matriz para la cual JmT2 = T2J, y
- ^PMDQ = T2^PMdq.
Dado que la matriz Ldq de inductancia es una matriz diagonal, cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos de esta forma del modelo depende únicamente de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación a pesar de las inductancias mutuas entre los dos o más devanados estatóricos multifase. Junto con un control de la corriente, puede tenerse en cuenta el vector de tensión provocado por la rotación del rotor:
como un término de alimentación directa Uff que se superpone a una salida de un dispositivo de regulación de la corriente. Eliminando el término de alimentación directa mencionado anteriormente de la ecuación (10) y resolviendo a continuación, en el dominio de Laplace, el vector ídq de las corrientes estatóricas convertidas en rotación produce el siguiente sistema que ha de ser controlado con el dispositivo de regulación de la corriente:
¡dq(s) = (Rsl sI_dq) 1Udq(s), (11)
en la que s es la variable de Laplace y l es una matriz unidad que tiene las mismas dimensiones que la matriz Ldq de inductancia. El vector ídq(s) de las corrientes estatóricas convertidas en rotación representa la cantidad que ha de ser controlada, y el vector udq(s) de las tensiones estatóricas convertidas en rotación representa la cantidad con la ayuda de la cual se lleva a cabo el control. Las filas de la ecuación (11) representan sistemas de primer orden mutuamente independientes debido a que la matriz Ldq de inductancia es una matriz diagonal. Por ejemplo, la enésima fila de la ecuación (11) es:
en la que iDQ,n(s) es la enésima corriente estatórica convertida en rotación, es decir, el enésimo elemento del vector ídq(s), UDQ,n(s) es la enésima tensión estatórica convertida en rotación, i.e. el enésimo elemento del vector udq(s) y LDQ,n es el elemento diagonal de la enésima fila, o columna, de la matriz Ldq de inductancia.
En un caso ejemplar en el que hay dos devanados estatóricos multifase, la matriz Ldq de inductancia es
en la que C2 es el coeficiente constante de cambio de escala presentado en la ecuación (8), y udq, ídq, ^ pmdq y Jm son:
La ecuación (10), cuando se escribe en la forma de componentes, produce:
en la que los acoplamientos inductivos del modelo son:
Según se muestra mediante las ecuaciones (14), cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos ^ d-i , ^ q-i , ^ d2 y ^Q2 de esta forma del modelo depende únicamente de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación Ídi, íqi, íd2, e Íq2 cuando los parámetros Ldi, Lq i, Ld2, y Lq2 de inductancia del modelo son constantes, es decir, inalterados. La saturación magnética puede provocar, por ejemplo, que la corriente estatórica convertida en rotación Íd2 afecte al valor, por ejemplo, de Ldi y, por lo tanto, Íd2 puede afectar indirectamente a ^ d-i . Sin embargo, cuando los parámetros de inductancia no son alterados, cada acoplamiento inductivo depende únicamente de una corriente estatórica convertida en rotación.
Las tensiones provocadas por la rotación del rotor son:
Por lo tanto, los sistemas de primer orden mutuamente independientes que han de ser regulados con un dispositivo de regulación de la corriente son:
Las corrientes estatóricas convertidas en rotación Ídi, Íq i, Íd2, e ÍQ2 están acotadas a las corrientes estatóricas iai, ibi, ici, ia2, ib2, e ic2 de fase mediante una tercera matriz T3(9) de conversión:
¡DQ — "l"3(0)Íabc — T 2 T -1 (0)¡abcj (17 )
en la que Ti(9) es la primera matriz de conversión definida en las ecuaciones (5) y (6). De forma correspondiente, las tensiones estatóricas convertidas en rotación udi, uqi, ud2, y uq2 están acotadas a las tensiones estatóricas Uai, Ubi, Uci, Ua2, Ub2, y Uc2 de fase mediante la tercera matriz T3(9) de conversión:
UDQ = T 3(0 )U abc! (19)
Uabc = T3T(0)Udq- ( 20)
Un aparato según una realización ejemplar de la invención comprende:
- un medio para producir señales de control de la tensión, que son adecuadas para controlar una máquina eléctrica que comprende dos o más devanados estatóricos multifase, en función de las corrientes estatóricas convertidas en rotación expresadas en un sistema de coordenadas acotado a un rotor de la máquina eléctrica y en función de un modelo de la máquina eléctrica que modela al menos inductancias de los dos o más devanados estatóricos multifase y las inductancias mutuas entre los dos o más devanados estatóricos multifase, y
- un medio para convertir corrientes estatóricas de fase de los dos o más devanados estatóricos multifase en las corrientes estatóricas convertidas en rotación con una norma de conversión correspondiente a una forma del modelo de la máquina eléctrica en la que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo solo depende de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo.
La Figura 2 muestra un diagrama funcional de bloques de un aparato 200 según una realización ejemplar de la invención con el fin de controlar una máquina eléctrica 202 que comprende dos o más devanados estatóricos multifase. En el caso ejemplar mostrado en la figura 2, la máquina eléctrica comprende dos devanados estatóricos multifase que pueden ser, por ejemplo, devanados estatóricos trifásicos. El aparato comprende un sistema 20i de procesamiento configurado para producir señales ui y U2 de control de la tensión adecuadas para controlar la máquina eléctrica 202. El aparato puede comprender, además, moduladores 203 y 204 para producir señales si y S2 de control de conmutación en función de las señales ui y U2 de control de la tensión y etapas 2 i2 y 2 i3 de potencia para producir tensiones de alimentación de los devanados estatóricos en función de las señales si y S2 de control de conmutación. De forma alternativa, el aparato puede comprender interfaces de señales para conectarlo a un sistema externo que comprende moduladores y etapas de potencia. Los moduladores 203 y 204 pueden ser, por ejemplo, moduladores por anchura de impulsos “PWM”. En este caso, las señales ui y U2 de control de la tensión están dispuestas para expresar valores diana de las tensiones de fase de los devanados estatóricos multifase. Como otro ejemplo, los moduladores 203 y 204 pueden ser moduladores por anchura de impulsos de vector espacial “SVPWM”. En este caso, cada una de las señales ui y U2 de control de la tensión puede expresarse como un vector en el sistema de coordenadas a-p ilustrado en la figura i.
El sistema 20i de procesamiento está configurado para producir las señales ui y u2 de control de la tensión en función de las corrientes estatóricas convertidas en rotación ídi, íqi, Íd2, e Íq2 que son expresadas en un sistema de coordenadas acotado a un rotor de la máquina eléctrica y en función de un modelo de la máquina eléctrica que modela al menos las inductancias de los dos devanados estatóricos multifase y las inductancias mutuas entre los dos devanados estatóricos multifase. Las corrientes estatóricas iai, ibi, ici, ia2, ib2, ic2 de fase se convierten en las corrientes estatóricas convertidas en rotación ídi, íqi, Íd2, e Íq2 con una norma de conversión correspondiente a una forma del modelo de la máquina eléctrica en la que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos ^ di, ^ q i, ^ d2 y ^ q2 del modelo solo depende de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación Ídi, Íqi, Íd2, e Íq2 cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo. Con la ecuación (i7 ) se presenta una norma de conversión del tipo mencionado anteriormente. Un bloque funcional 205 mostrado en la figura 2 representa la conversión de las corrientes estatóricas de fase en las corrientes estatóricas convertidas en rotación.
En la realización ejemplar ilustrada en la figura 2, el sistema 20i de procesamiento está configurado para dirigir las funciones 206, 207, 208 y 209 del regulador a diferencias eiDi, eiQi, eiD2 y eiQ2 entre las corrientes estatóricas convertidas en rotación Ídi, Íqi, Íd2, e Íq2 y sus valores diana ÍDi,ref, ÍQi,ref, ÍD2,ref, e ÍQ2,ref como se ilustra en la figura 2. Las funciones 206-209 del regulador pueden implementarse, por ejemplo, con reguladores proporcionales-integrales “PI” mutuamente independientes o con reguladores proporcionales-integrales-derivativos “PID” mutuamente independientes. Las salidas de las funciones 206-209 del regulador se superponen con las tensiones uDi,ff, u Q f uD2,ff, y uQ2,ff provocadas por la rotación del rotor y expresadas en el sistema de coordenadas acotado al rotor. Se proporcionan las tensiones uDi,ff, u Q f uD2,ff, y uQ2,ff mediante las ecuaciones (i5). Un bloque funcional 2 i0 mostrado en la figura 2 representa la formación de las tensiones uDi,ff, u Q f uD2,ff, y uQ2,ff en función de las corrientes estatóricas
convertidas en rotación Ídi, Íq i, Íd2, e ÍQ2, de la velocidad rotacional w del rotor, de los parámetros de inductancia del modelo y del acoplamiento inductivo ^ pmdi generado por el material para imanes permanentes del rotor. Las salidas de la superposición representan valores diana de tensión UDi,ref, uQi,ref, UD2,ref, y UQ2,ref que son valores deseados de las tensiones estatóricas convertidas en rotación udi, uq i, ud2, y uq2. El sistema 201 de procesamiento está configurado para convertir los valores diana de tensión uDi,ref, uQi,ref, uD2,ref, y uQ2,ref en valores de tensión expresados en un sistema adecuado de coordenadas acotado al estátor de la máquina eléctrica, de forma que produzca las señales ui y U2 de control de la tensión. Las tensiones diana de tensión uDi,ref, uQi,ref, uD2,ref, y uQ2,ref pueden ser convertidas, por ejemplo, en valores de tensión correspondientes a las tensiones estatóricas de fase con la ayuda de la ecuación (20), es decir,
en la que C3 es un coeficiente constante de cambio de escala, y se supone que las señales ui y U2 de control de la tensión son vectores de fila de valores proporcionales a las tensiones diana de fase de los dos devanados estatóricos multifase. También es posible convertir los valores diana de tensión uDi,ref, uQi,ref, uD2,ref, y uQ2,ref en valores de tensión expresados en el sistema de coordenadas a-p ilustrado en la figura i. Un bloque funcional 2 i i mostrado en la figura 2 representa la conversión de los valores diana de tensión uDi,ref, uQi,ref, uD2,ref, y uQ2,ref en los valores de tensión expresados en el sistema de coordenadas acotado al estátor.
En un aparato según una realización ejemplar de la invención, el sistema 20i de procesamiento está configurado para determinar los valores diana de las corrientes estatóricas convertidas en rotación iDi,ref, iai,ref, iD2,ref, e iQ2,ref en función, al menos parcialmente, de un par deseado Tref. Mediante un análisis sencillo, se puede mostrar que se puede estimar el par Te producido por la máquina eléctrica mediante la siguiente ecuación:
T e = C j P ('P pM D I ¡Q1 ( L d i “ L q i ) ¡D1 ¡Q1 (I-D 2 — I-Q2) ¡D2 ¡Q2), ( 2 2 )
en la que p es el número de pares polares de la máquina eléctrica y Ct es un coeficiente constante de cambio de escala.
En el caso ejemplar mostrado en la figura 2, la máquina eléctrica comprende dos devanados estatóricos multifase. En este caso, las corrientes estatóricas convertidas en rotación ídi, íqi, Íd2, e Íq2 son según las ecuaciones (i2b):
en la que C2 es el coeficiente constante de cambio de escala definido en la ecuación (8) e idi es la componente del eje directo de un vector espacial de la primera corriente creado por las corrientes estatóricas iai, ibi, e ici de fase del primer devanado de los dos devanados estatóricos multifase, iqi es la componente del eje de cuadratura del vector espacial de la primera corriente, id2 es la componente del eje directo de un vector espacial de la segunda corriente creado por las corrientes estatóricas ia2, ib2, e ic2 de fase del segundo devanado de los dos devanados estatóricos multifase e iq2 es una componente del eje de cuadratura del vector espacial de la segunda corriente.
De forma ventajosa, pero no necesariamente, se selecciona que los valores diana de las corrientes estatóricas convertidas en rotación Íd2 e Íq2 sean ceros, es decir ÍD2,ref = ÍQ2,ref = 0. Esta selección es, en realidad, un intento por lograr una carga simétrica entre los dos devanados estatóricos multifase debido a que idi = id2 e iqi = iq2 cuando ÍD2,ref = ÍQ2,ref = 0. En este caso, se puede proporcionar el valor de referencia ÍQi,ref como:
Se puede seleccionar el valor ÍDi,ref de referencia, por ejemplo, de forma que se minimice la corriente estatórica total y que la tensión estatórica tenga un valor deseado. Un bloque funcional 2 i4 mostrado en la figura 2 representa la determinación de los valores diana de las corrientes estatóricas convertidas en rotación ÍDi.ref, ÍQi,ref, ÍD2,ref, e ÍQ2,ref en función, al menos en parte, del par deseado Tref.
En un aparato según una realización ejemplar de la invención, el sistema 20i de procesamiento está configurado para utilizar un ángulo medido 0 de posición del rotor en la conversión de las corrientes estatóricas de fase de los devanados estatóricos multifase en las corrientes estatóricas convertidas en rotación.
En un aparato según una realización ejemplar de la invención, el sistema 20i de procesamiento está configurado para estimar el ángulo 0 de posición del rotor en función de una o más magnitudes eléctricas relacionadas con la máquina
i0
eléctrica y para utilizar el ángulo estimado de posición en la conversión de las corrientes estatóricas de fase de los devanados estatóricos multifase en las corrientes estatóricas convertidas en rotación. Se pueden encontrar procedimientos para estimar el ángulo 0 de posición del rotor, por ejemplo, en las siguientes publicaciones: T. Halkosaari: "Speed Sensorless Vector Control of Permanent Magnet Wind Power Generator - The Redundant Drive Concept", en Wind Power. InTech, 2010, 558 p., y A. Piippo, M. Hinkkanen, y J. Luomi: "Sensorless Control of PMSM Drives Using a Combination of Voltage Model and HF Signal Injection" en Conference Record of the 39th lEEE-Industry Applications Society (IAS) Annual Meeting, vol 2, pp 964-970, Seattle, Washington, EE. UU.
El sistema 201 de procesamiento puede implementarse con uno o más circuitos de procesador, cada uno de los cuales puede ser un circuito de procesador programable dotado de soporte lógico apropiado, un circuito dedicado de soporte lógico tal como, por ejemplo, un circuito integrado para aplicaciones específicas “ASIC”, o un circuito configurable de soporte físico tal como, por ejemplo, una matriz de puertas de campo programable “FPGA”. Por ejemplo, algunos de los bloques funcionales 205-211 y 214 pueden implementarse con un circuito dedicado o configurable de soporte físico y algunos de estos bloques funcionales pueden implementarse con uno o más circuitos de procesador programable, o todos estos bloques funcionales pueden implementarse con uno o más circuitos de procesador programable o con circuitos dedicados o configurables de soporte físico. La presente invención no está limitada a ningún procedimiento de implementación.
La Figura 3 es un diagrama esquemático de flujo de un procedimiento según una realización ejemplar de la invención para controlar una máquina eléctrica que comprende dos o más devanados estatóricos multifase. El procedimiento comprende, en una etapa 301, convertir corrientes estatóricas de fase de los dos o más devanados estatóricos multifase en corrientes estatóricas convertidas en rotación expresadas en un sistema de coordinadas acotado a un rotor de la máquina eléctrica. La conversión se lleva a cabo utilizando una norma de conversión que se corresponde con una forma del modelo de la máquina eléctrica en la que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo depende únicamente de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación a pesar de las inductancias mutuas entre los dos o más devanados estatóricos multifase cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo. El procedimiento comprende, además, en una etapa 302, el control de las etapas de potencia conectadas con los devanados estatóricos multifase en función de las corrientes estatóricas convertidas en rotación y en función del modelo de la máquina eléctrica.
En un procedimiento según una realización ejemplar de la invención, las corrientes estatóricas de fase de dos devanados estatóricos multifase se convierten en cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación, y los coeficientes de inductancia entre los acoplamientos inductivos estatóricos y las corrientes estatóricas convertidas en rotación son proporcionales a: Ld Md, Lq Mq, Ld - Md, y Lq - Mq, siendo Ld una inductancia del eje directo, siendo Md una inductancia mutua del eje directo entre los dos devanados estatóricos multifase, siendo Lq una inductancia del eje de cuadratura y siendo Mq una inductancia mutua del eje de cuadratura entre los dos devanados estatóricos multifase.
En un procedimiento según una realización ejemplar de la invención, las cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación son proporcionales a id1 id2, iq1 iq2, iq1 - iq2, e id2 - id1, respectivamente, siendo id1 la componente del eje directo de un vector espacial de la primera corriente creado por las corrientes estatóricas de fase del primer devanado de los dos devanados estatóricos multifase, siendo iq1 la componente del eje de cuadratura del vector espacial de la primera corriente, siendo id2 la componente del eje directo de un vector espacial de la segunda corriente creado por las corrientes estatóricas de fase del segundo devanado de los dos devanados estatóricos multifase, y siendo iq2 la componente del eje de cuadratura del vector espacial de la segunda corriente.
En un procedimiento según una realización ejemplar de la invención, los valores diana de las corrientes estatóricas convertidas en rotación que son proporcionales a iq1 - iq2 y a id2 - id1 son ceros, de forma que se logre una carga simétrica entre los dos devanados estatóricos multifase.
Un procedimiento según una realización ejemplar de la invención comprende medir un ángulo de posición del rotor y utilizar el ángulo medido de posición en la conversión de las corrientes estatóricas de fase de los dos o más devanados estatóricos multifase en las corrientes estatóricas convertidas en rotación.
Un procedimiento según una realización ejemplar de la invención comprende estimar un ángulo de posición del rotor en función de una o más magnitudes eléctricas relacionadas con la máquina eléctrica y utilizar el ángulo estimado de posición en la conversión de las corrientes estatóricas de fase de los dos o más devanados estatóricos multifase en las corrientes estatóricas convertidas en rotación.
En un procedimiento según una realización ejemplar de la invención, el control de las etapas de potencia comprende:
- regular las tensiones estatóricas convertidas en rotación expresadas en el sistema de coordenadas acotado al rotor en función de las diferencias entre las corrientes estatóricas convertidas en rotación y sus valores diana, y - convertir las tensiones estatóricas convertidas en rotación en tensiones estatóricas expresadas en un sistema de coordenadas acotado al estátor de la máquina eléctrica.
En un procedimiento según una realización ejemplar de la invención, la regulación de las tensiones estatóricas convertidas en rotación comprende:
- procesar las diferencias entre las corrientes estatóricas convertidas en rotación y sus valores diana con un regulador, y
- superponer, a las salidas del regulador, tensiones provocadas por la rotación del rotor y expresadas en el sistema de coordenadas acotado al rotor.
El regulador puede comprender, por ejemplo, un regulador proporcional-integral “PI” o proporcional-integral-derivativo “PID” separado para cada una de las diferencias entre las corrientes estatóricas convertidas en rotación y sus valores diana.
Un procedimiento según una realización ejemplar de la invención comprende determinar los valores diana de las corrientes estatóricas convertidas en rotación en función, al menos parcialmente, de un par deseado.
Un programa de ordenador según una realización ejemplar de la invención comprende módulos de soporte lógico con el fin de controlar una máquina eléctrica que comprende dos o más devanados estatóricos multifase. Los módulos de soporte lógico comprenden instrucciones ejecutables por un ordenador para controlar un procesador programable para:
- producir señales de control de la tensión, adecuadas para controlar una máquina eléctrica que comprende dos o más devanados estatóricos multifase, en función de las corrientes estatóricas convertidas en rotación expresadas en un sistema de coordenadas acotado a un rotor de la máquina eléctrica y en función de un modelo de la máquina eléctrica que modela al menos las inductancias de los dos o más devanados estatóricos multifase y las inductancias mutuas entre los dos o más devanados estatóricos multifase,
- convertir las corrientes estatóricas de fase de los dos o más devanados estatóricos multifase en las corrientes estatóricas convertidas en rotación con una norma de conversión correspondiente a una forma del modelo de la máquina eléctrica en la que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo solo depende de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo.
Los módulos de soporte lógico pueden ser, por ejemplo, subrutinas o funciones implementadas con un lenguaje adecuado de programación y con un compilador adecuado para el lenguaje de programación y el procesador programable.
Un producto de programa de ordenador según una realización ejemplar de la invención comprende un medio legible por un ordenador, por ejemplo un disco compacto “CD”, codificado con un programa de ordenador según una realización de la invención.
Una señal según una realización ejemplar de la invención está codificada para tener información que define un programa de ordenador según una realización de la invención.
No se deberían interpretar como limitantes los ejemplos específicos proporcionados en la descripción proporcionada anteriormente. Por lo tanto, la invención no está limitada simplemente a las realizaciones descritas anteriormente. Son posibles otras variaciones y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (15)
1. Un procedimiento para controlar una máquina eléctrica que comprende dos devanados estatóricos multifase, comprendiendo el procedimiento:
- controlar (302) las etapas de potencia conectadas con los devanados estatóricos multifase en función de cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación (¡D1, íq1, íd2, íq2) expresadas en un sistema de coordenadas acotado a un rotor de la máquina eléctrica y en función de un modelo de la máquina eléctrica que modela al menos las inductancias de los dos devanados estatóricos multifase y las inductancias mutuas entre los dos devanados estatóricos multifase, y
- convertir (301) las corrientes estatóricas de fase de los dos devanados estatóricos multifase en las cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación con una norma de conversión correspondiente a una forma del modelo de la máquina eléctrica en el que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo depende únicamente de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo,
caracterizado porque los coeficientes de inductancias entre los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo y las corrientes estatóricas convertidas en rotación son proporcionales a: Ld Md, Lq Mq, Ld - Md, y Lq - Mq, siendo Ld una inductancia del eje directo, siendo Md una inductancia mutua del eje directo entre los dos devanados estatóricos multifase, siendo Lq una inductancia del eje de cuadratura, y siendo Mq una inductancia mutua del eje de cuadratura entre los dos devanados estatóricos multifase.
2. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1, en el que el control de las etapas de potencia comprende regular las tensiones estatóricas convertidas en rotación expresadas en el sistema de coordenadas acotado al rotor en función de diferencias entre las corrientes estatóricas convertidas en rotación y sus valores diana, y convertir las tensiones estatóricas convertidas en rotación en tensiones estatóricas expresadas en un sistema de coordenadas acotado al estátor de la máquina eléctrica.
3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que la regulación de las tensiones estatóricas convertidas en rotación comprende procesar las diferencias entre las corrientes estatóricas convertidas en rotación y sus valores diana con un regulador y superponer, a las salidas del regulador, las tensiones provocadas por la rotación del rotor y expresadas en el sistema de coordenadas acotado al rotor.
4. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que las cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación son proporcionales a id1 id2, iq1 iq2, iq1 - iq2, e id2 - id1, respectivamente, siendo id1 una componente del eje directo de un vector espacial de la primera corriente creado por las corrientes estatóricas de fase de un primer devanado de los dos devanados estatóricos multifase, siendo iq1 una componente del eje de cuadratura del vector espacial de la primera corriente, siendo id2 una componente del eje directo de un vector espacial de la segunda corriente creado por las corrientes estatóricas de fase de un segundo devanado de los dos devanados estatóricos multifase, y siendo iq2 una componente del eje de cuadratura del vector espacial de la segunda corriente.
5. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que los valores diana de las corrientes estatóricas convertidas en rotación que son proporcionales a iq1 - iq2 e id2 - id1 son ceros, de forma que se logre una carga simétrica entre los dos devanados estatóricos multifase.
6. Un aparato (200) que comprende un sistema (201) de procesamiento configurado para:
- producir señales de control de la tensión adecuadas para controlar una máquina eléctrica que comprende dos devanados estatóricos multifase, estando configurado el sistema de procesamiento para producir las señales de control de la tensión en función de cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación (íd1, Íq1, íd2, íq2) expresadas en un sistema de coordenadas acotado a un rotor de la máquina eléctrica y en función de un modelo de la máquina eléctrica que modela al menos las inductancias de los dos devanados estatóricos multifase y las inductancias mutuas entre los dos devanados estatóricos multifase, y - convertir las corrientes estatóricas de fase de los dos devanados estatóricos multifase en las cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación con una norma de conversión correspondiente a una forma del modelo de la máquina eléctrica en la que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo depende únicamente de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo,
caracterizado porque los coeficientes de inductancia entre los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo y las corrientes estatóricas convertidas en rotación son proporcionales a: Ld Md, Lq Mq, Ld - Md, y Lq - Mq, siendo Ld una inductancia del eje directo, siendo Md una inductancia mutua del eje directo entre los dos devanados estatóricos multifase, siendo Lq una inductancia del eje de cuadratura y siendo Mq una inductancia mutua del eje de cuadratura entre los dos devanados estatóricos multifase.
7. Un aparato según la reivindicación 6, en el que el sistema de procesamiento está configurado para utilizar un ángulo medido de posición del rotor en la conversión de las corrientes estatóricas de fase de los dos devanados estatóricos multifase en las corrientes estatóricas convertidas en rotación.
8. Un aparato según la reivindicación 6, en el que el sistema de procesamiento está configurado para estimar un
ángulo de posición del rotor en función de una o más magnitudes eléctricas relacionadas con la máquina eléctrica y para utilizar el ángulo estimado de posición en la conversión de las corrientes estatóricas de fase de los dos devanados estatóricos multifase en las corrientes estatóricas convertidas en rotación.
9. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 6-8, en el que el sistema de procesamiento está configurado
para:
- dirigir las funciones del regulador a diferencias entre las corrientes estatóricas convertidas en rotación y sus valores diana,
- superponer, a las salidas de las funciones de regulador, tensiones provocadas por la rotación del rotor y expresadas en el sistema de coordenadas acotado al rotor, representando las salidas de la superposición de los valores diana de la tensión expresados en el sistema de coordenadas acotado al rotor, y
- convertir los valores diana de tensión a un sistema de coordenadas acotado al estátor de la máquina eléctrica, de forma que se produzcan las señales de control de la tensión adecuadas para controlar la máquina eléctrica.
10. Un aparato según la reivindicación 9, en el que el sistema de procesamiento está configurado para dirigir una
función de regulador proporcional-integral o proporcional-integral-derivativo separado a cada una de las diferencias entre las corrientes estatóricas convertidas en rotación y sus valores diana.
11. Un aparato según la reivindicación 9 o 10, en el que el sistema de procesamiento está configurado para determinar los valores diana de las corrientes estatóricas convertidas en rotación en función, al menos en parte, de un par deseado.
12. Un aparato según la reivindicación 6, en el que las cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación son proporcionales a idi id2, iqi iq2, iqi - iq2, e id2 - idi, respecti de un vector espacial de la primera corriente creado por las corrientes estatóricas de fase de un primer devanado de los dos devanados estatóricos multifase, siendo iqi una componente del eje de cuadratura del vector espacial de la primera corriente, siendo id2 una componente del eje directo de un vector espacial de la segunda corriente creado por las corrientes estatóricas de fase de un segundo devanado de los dos devanados estatóricos multifase y siendo iq2 una componente del eje de cuadratura del vector espacial de la segunda corriente.
13. Un aparato según la reivindicación i2 , en el que el sistema de procesamiento está configurado para regular las corrientes estatóricas convertidas en rotación que son proporcionales a iqi - iq2 e id2 - idi haciéndolas cero, de forma que se logre una carga simétrica entre los dos devanados estatóricos multifase.
14. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 6-i3, en el que el aparato comprende, además, moduladores
(203, 204) para producir señales de control de conmutación en función de las señales de control de la tensión, y etapas (2i2, 2 i3 ) de potencia para proporcionar tensiones de alimentación a los devanados estatóricos multifase en función de las señales de control de conmutación.
15. Un programa de ordenador que comprende instrucciones ejecutables por un ordenador para controlar un procesador programable para:
- producir valores diana de tensión, adecuados para controlar una máquina eléctrica que comprende dos devanados estatóricos multifase, en función de cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación (ioi, Íq i, íd2 , íq2) expresadas en un sistema de coordenadas acotado a un rotor de la máquina eléctrica y en función de un modelo de la máquina eléctrica que modela al menos las inductancias de los dos devanados estatóricos multifase y las inductancias mutuas entre los dos devanados estatóricos multifase, y
- convertir corrientes estatóricas de fase de los dos devanados estatóricos multifase en las cuatro corrientes estatóricas convertidas en rotación con una norma de conversión correspondiente a una forma del modelo de la máquina eléctrica en la que cada uno de los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo depende únicamente de una de las corrientes estatóricas convertidas en rotación cuando no se alteran los parámetros de inductancia del modelo,
caracterizado porque los coeficientes de inductancia entre los acoplamientos inductivos estatóricos del modelo y las corrientes estatóricas convertidas en rotación son proporcionales a: Ld Md, Lq Mq, Ld - Md y Lq - Mq, siendo Ld una inductancia del eje directo, siendo Md una inductancia mutua del eje directo entre los dos devanados estatóricos multifase, siendo Lq una inductancia del eje de cuadratura y siendo Mq una inductancia mutua del eje de cuadratura entre los dos devanados estatóricos multifase.
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Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN113241975B (zh) * | 2021-06-23 | 2022-07-05 | 西安科技大学 | 消除转矩脉动的双绕组pmsm转子初始位置检测方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5763976A (en) * | 1993-12-15 | 1998-06-09 | Parker-Hannifin Corp. | Stator wound resolver with staggered rotor |
| JP3899648B2 (ja) * | 1998-03-13 | 2007-03-28 | 株式会社明電舎 | 多重巻線電動機の制御方法 |
| JP4187308B2 (ja) * | 1998-06-16 | 2008-11-26 | 日本オーチス・エレベータ株式会社 | 可変速駆動装置 |
| JP4466882B2 (ja) * | 2007-08-03 | 2010-05-26 | 本田技研工業株式会社 | 電動機の制御装置 |
| DE102009044528A1 (de) * | 2008-11-14 | 2010-06-02 | Denso Corporation, Kariya-City | Reluktanzmotor |
| JP5350034B2 (ja) * | 2009-03-25 | 2013-11-27 | 日本ムーグ株式会社 | 電動機システム |
| EP2471171B1 (fr) * | 2009-08-27 | 2017-07-12 | Micro-Beam SA | Méthode et arrangement pour déterminer la position d'un rotor dans un moteur brushless ou dans un moteur pas à pas. |
| CN103153755B (zh) * | 2010-10-04 | 2016-05-04 | 株式会社捷太格特 | 电动转向装置 |
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2012
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