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Title:
CONTROL METHOD AND SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/042893
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a control method and system comprising an electronic control unit (11) which manages the electric current supply from an electric power source to a motor/compressor group (12, 13). The aforementioned electronic control unit comprises a converter means which is connected to an inversion means (15) in order to supply the voltage required by the motor (12). In addition, a pulse width modulator (16, PWM) generates the switching signals for all of the switching elements of the unit (11) in relation to the required voltage.

Inventors:
Escanes García, Ferran (C/ Antoni Forellad, 2 Sant Quirze del Valles, Barcelona, E-08192, ES)
Application Number:
PCT/ES2005/070095
Publication Date:
April 27, 2006
Filing Date:
June 21, 2005
Export Citation:
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Assignee:
APPLIANCES COMPONENTS COMPANIES SPAIN, S.A. (C/ Antoni Forellad, 2 Sant Quirze del Valles, Barcelona, E-08192, ES)
Escanes García, Ferran (C/ Antoni Forellad, 2 Sant Quirze del Valles, Barcelona, E-08192, ES)
International Classes:
H02J7/00; F25B49/00; G01R19/165; H02P7/29
Foreign References:
ES2193173T32003-11-01
JPH08266087A1996-10-11
US4873453A1989-10-10
US20030184161A12003-10-02
Attorney, Agent or Firm:
Elzaburu, Alberto De (ELZABURU, S.A. Miguel Ange, 21 Madrid, E-28010, ES)
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Claims:
RFJVTNmC A CTONES
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; caracterizado 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 eléctricocompresor (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 eléctricocompresor (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 eléctricocompresor (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.
Description:
MÉTODO Y STSTKMA TtV r ONTROT,

OBJETO TÍV τ,A TNVFNCTÓN

[0001] 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.

FSTAfíO TiV T A TKCNTCA

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

CARACTFRTZACTÓN TiV T A TNVFNCTÓN

[0005] 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.

[0006] 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. [0007] Otro objeto de la presente invención es preservar la vida de la batería.

[0008] Aún otro objeto de la presente invención es mantener la temperatura de un recinto refrigerado sin penalizar la batería.

RRKVF, FNTTNCTAnO T>F, T AS FTOTTRAS

[0009] Ahora serán descritos dispositivos que materializan la invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia al dibujo adjunto, en el que:

[0010] 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.

ΏFSΓRTPΓTÓN ΏF T,A TNVFNΓTÓN [0011] 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.

[0012] 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.

[0013] El convertidor 14 está realizado de acuerdo a una topología elevadora tal como un convertidor elevador, esto es, convertidor boost. [0014] 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.

[0015] 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. [0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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.

[0022] 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.

[0023] 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.

[0024] 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.