MÉTODO PARA ENCENDER NUEVAMENTE UN MOTOR DE CORRIENTE TRIFÁSICA Y CIRCUITO ELÉCTRICO PARA IMPLEMENTAR EL MÉTODO
Campo de la Invención La invención se refiere a un método para encender nuevamente un motor de corriente alterna trifásico (motor de inducción o motor sincrónico) que acciona una máquina de trabajo (por ejemplo, turbocompresor de engrane) , después de que este motor se ha separado de un voltaje de suministro y si está presente un voltaje de campo residual inducido por un campo residual de rotor, asi como a un circuito eléctrico para implementar el método.
Antecedentes de la Invención Muchos dispositivos de accionamiento en diferentes aplicaciones requieren que se encienda nuevamente el motor de CA, trifásico, de accionamiento tan rápido como sea posible y con una baja pérdida en la velocidad de rotación, después de que se ha presentado una interrupción en la red de suministro y el motor se ha separado del voltaje de suministro, pero al mismo tiempo, se debe prevenir el daño al motor, a la máquina accionada o impulsada por el motor, y a todas las' otras partes de diseño del tren de accionamiento o impulsión (engranes, transmisiones, etc.) entre la máquina y el motor. A este respecto, se debe tomar en consideración
que el motor se mantiene corriendo después de que el motor se ha separado del voltaje de suministro, y se induce un voltaje de campo residual de la velocidad de frecuencia de rotación por el campo residual de rotor que está presente. Debido al contra-momento de la máquina accionada o impulsada, y debido a la fricción, el motor baja su marcha. En el caso de motores de CA trifásicos, después de que se ha presentado una falla en la red, el retorno del voltaje de suministro con oposiciones de fase al voltaje de campo residual representa un esfuerzo extremo con respecto a las sobrecorrientes y momentos súbitos que se presentan. En particular, en el caso de un momento de alta inercia másica de la máquina de trabajo, estos momentos súbitos introducidos en el lado del motor pueden ocasionar esfuerzos extremos de vibración rotacional en el tren completo de accionamiento o impulsión, de modo que todos los componentes del tren de accionamiento o impulsión, tal como el motor, embrague, y máquina de trabajo se deben diseñar para ser correspondiente fuertes y de esta manera hacer de un tamaño excesivo para la operación normal. Un método de cálculo para determinar el esfuerzo rotacional que se presenta durante una conmutación de red se conoce del ensayo "Archiv für ' Elektrotechnik [Archive for Electrical Engineering] 71, 1988, páginas 399 a 411". A fin de evitar el sobredimensionamiento de los
componentes del tren de accionamiento o impulsión o el uso de un embrague adicional de deslizamiento, se conoce de la práctica separar el motor, en el caso de interrupción en la red de suministro, al abrir un conmutador, y conectarlo de manera subsiguiente con una red de reserva, con la red de suministro nuevamente, después de que se ha corregido la interrupción, de una manera controlada, al cerrar el conmutador. Como se presenta en el ensayo "ELEKTRIE, Berlín 46, 1992, páginas 456-460", se conocen métodos para la conmutación a corto plazo y a largo plazo para aplicación renovada de voltaje a un motor de CA trifásico, si está presente un voltaje residual inducido por un campo residual de rotor. A fin de impedir un esfuerzo excesivo de torsión en el tren de accionamiento o impulsión en el caso de conmutación a corto plazo, típicamente en el espacio de unos pocos milisegundos , las diferencias entre las amplitudes, las frecuencias, y los cambios de fase de los voltajes de una red de suministro y una red de reserva se monitorizan de forma constante durante la operación. Sólo si todas a diferencias están dentro de límites estrechos puede tomar lugar una conmutación a la red de reserva, en el espacio de unos pocos milisegundos, en el caso de una interrupción de la red de suministro. Si no " se cumplen las condiciones de conmutación a corto plazo, toma lugar la conmutación a largo plazo, esperando hasta que el motor se haya frenado de modo
que se puede impedir un esfuerzo excesivo de torsión cuando se aplica el voltaje, independiente de la diferencia de fase del voltaje de suministro y el voltaje de campo residual. Es cierto que el método de conmutación a largo plazo garantiza momentos súbitos moderados, pero tiene la desventaja que la velocidad de rotación cae como resultado en su mayor parte, de este modo el proceso de trabajo prácticamente se interrumpe. Finalmente, en el caso de conmutación a largo plazo, también está en riesgo que tome lugar nuevamente el encendido del motor a una velocidad de torsión critica o de flexión critica de rotación del tren de accionamiento de impulsión, y se presenten grandes momentos alternantes como resultado del proceso de conmutación, que ponen en peligro los componentes del tren de accionamiento o impulsión, o se active realmente la desconexión automática de seguridad.
Breve Descripción de la Invención Por lo tanto, es un objeto de la invención proporcionar un método para encender nuevamente un motor de CA trifásico después de que se ha separado de un voltaje de suministro, si está presente un voltaje de campo residual inducido por un campo residual de rotor. Este- método permite encender nuevamente el motor a cualquier voltaje de campo residual deseado, en tanto que se reducen al mínimo
los esfuerzos de torsión. Por lo tanto, la invención comprende un método para encender nuevamente un motor de CA trifásico, después de que se ha separado de un voltaje de suministro, si está presente un voltaje de campo residual inducido por un campo residual de rotor. Se registran los progresos en tiempo del voltaje de campo residual y del voltaje de suministro, y se calcula la diferencia de fase entre los voltajes, por adelantado, de los progresos de tiempo del voltaje de campo residual y del voltaje de suministro. Se determina un punto de tiempo ts, en el cual la diferencia de fase va por abajo de un valor máximo predeterminado A<pmax, y se activa una orden de conmutación para encender nuevamente el motor en un intervalo de tiempo que corresponde a un retraso t3 de tiempo de conmutación predeterminado, antes de que se alcance el punto de tiempo ts, de modo que el motor se conecta .al voltaje de suministro aproximadamente en el punto de tiempo ts- Por medio del método de acuerdo a la invención, casi puede tomar lugar el encendido libre de sobretensión del motor después de la separación de un voltaje de suministro, y se mantiene muy ligera la caída en la velocidad de rotación . En tanto que siempre se debe mantener disponible una red de reserva en el caso de la conmutación conocida a corto plazo, sólo puede tomar lugar la conmutación cuando
las amplitudes, las frecuencias, y las fases de la red de reserva y de la red de suministro se cumplan, a un mayor grado. Puede tomar lugar el hacer disponible nuevamente el voltaje de suministro de acuerdo con el método de acuerdo con la invención por medio de una red de reserva, o después de la eliminación de la interrupción, por medio de la red de suministro misma. La invención se basa de manera particular en el reconocimiento que disminuye la velocidad angular, que procede de la frecuencia de red del voltaje de suministro, después de que el motor ha disminuido su marcha después de la separación del voltaje de suministro, de modo que el voltaje de campo residual y el voltaje de suministro están aproximadamente en fase cuando disminuye su marcha el motor, en puntos recurrentes en el tiempo. A este respecto, es posible determinar un punto de tiempo ts en el cual la diferencia de fase va por debajo de un valor máximo predeterminado ?f??, y se activa una orden de conmutación antes de que se alcance el punto de tiempo ts, tomando en consideración el retraso xs de tiempo de conmutación, de modo que se aplica el voltaje aproximadamente al punto de tiempo ts anteriormente calculado. En una modalidad preferida del método de acuerdo a la invención, se determinan los puntos ' de tiempo de los cruces cero del voltaje de campo residual, y la velocidad angular y el cambio en la velocidad angular del voltaje de
campo residual se determinan de los intervalos de tiempo entre los cruces cero. La determinación de los cruces cero se puede implementar de una manera particularmente simple y confiable, desde el punto de vista de tecnología de medición, por ejemplo usando un comparador analógico, y garantiza la precisión requerida dentro del alcance del método de acuerdo a la invención. A este respecto, la velocidad angular se puede determinar como el cociente de la diferencia de fase y la diferencia de tiempo entre dos valores de medición, de acuerdo con
coi = ((pi+i - (Pi-i) /(ti +i - ti-i)
para el cambio en la velocidad angular, lo siguiente aplica de forma análoga:
dco - — - = (o>/+ ! - <»,·_, ) /(íí+ 1 - í,_i ). dt A fin de calcular el ángulo de fase f? del voltaje de red por adelantado, se pueden determinar varios cruces cero de forma análoga, pero usualmente, la frecuencia de red fN se conoce a una alta precisión', de modo que se puede determinar el progreso en tiempo del ángulo de fase, que procede de un cruce cero, de acuerdo a
q>N(t) - 27i-fN-t (2p·?? - ??)
Se obtiene el progreso de tiempo del ángulo de fase (pR del voltaje de campo residual, tomando en consideración la velocidad angular coi = coR actualmente determinada y el cambio de tiempo determinado en la velocidad angular, de acuerdo a
%(?) = a>?·?+ 1·^·
A este respecto, t es el tiempo entre la medición siguiente al último y la conmutación del encendido de energía. coR es la frecuencia circular del voltaje de campo residual en el punto de tiempo de la medición siguiente al último, y dcoR/dt es el cambio de frecuencia circular del voltaje de campo residual en el punto de tiempo de la medición siguiente al último. Además del progreso de tiempo del voltaje de campo residual y del voltaje de suministro, de manera preferente se puede determinar al menos la amplitud AR del voltaje de campo residual, y cuando la amplitud del voltaje de campo residual cae por debajo de un voltaje Amax máximo predeterminado, se acciona la orden de conmutación para aplicar el voltaje independientemente de la relación de fase entre el voltaje de campo residual y el voltaje de suministro. En el caso de frenado rápido del motor de CA trifásico, en particular, existe la posibilidad que se
alcance ya una velocidad de rotación del motor a la cual el esfuerzo de torsión está dentro de un cuadro aceptable, independiente de la relación de fase entre el voltaje de campo residual y el voltaje de suministro, antes de que vaya por abajo de la diferencia Acpmax de fase predeterminada, como se calcula por adelantado, de modo que se puede impedir el daño al tren de impulsión. Usualmente no es critico encender nuevamente el motor, particularmente si los esfuerzos de torsión son menores que cuando se inicia el motor de CA trifásico desde una posición detenida. Puesto que la velocidad angular actual coR del voltaje de campo residual se determina, para impedir el daño, no se presenta nuevamente el encendido del motor en el caso de intervalos predeterminados de frecuencia, por ejemplo para intervalos de frecuencia en la vecindad de una velocidad de rotación critica al sistema del tren de impulsión, si la diferencia de fase va por abajo del valor máximo predeterminado A(pmax, o la amplitud AR del voltaje de campo residual va por debajo de un voltaje de Amax máximo predeterminado. Tan pronto como se aparta el intervalo de frecuencia predeterminado, cuando se cumplen los prerrequisitos correspondientes, es decir, la siguiente vez que el valor va por debajo de la diferencia de fase predeterminada, o por abajo del voltaje máximo predeterminado, nuevamente se enciende el motor de CA
trifásico . Por ejemplo, los motores de CA trifásicos para accionar o impulsor turbocompresores , tienen frecuentemente una potencia de muchos kilovatios hasta varios megavatios, en la práctica, se configuran típicamente con tres trenes. Puesto que en general no es accesible la posición neutral en el caso de motores de alto voltaje, el voltaje encadenado (voltaje conductor) entre dos trenes se mide usualmente como el voltaje de campo residual o voltaje de suministro, en cada caso, usando dos traductores de medición, en cada caso. La invención también comprende un circuito eléctrico para implementar el método de acuerdo a la invención. El circuito eléctrico tiene un dispositivo de detección de valor de medición que se puede conectar con un motor de CA trifásico, y con una red de suministro o una red de reserva, para determinar los progresos de tiempo de las fases de un voltaje de campo residual y un voltaje de suministro, un dispositivo de ajuste de corriente directa para generar un impulso de conmutación para un conmutador de energía, y un microcontrolador que permite el cálculo anticipado de la relación de fase entre el voltaje de campo residual y el voltaje de suministro. El voltaje de campo residual y el voltaje de suministro tienen típicamente amplitudes de varios cientos de voltios, de modo que el dispositivo de detección de valor
de medición tiene preferentemente sondas que se conectan al motor de CA trifásico y el voltaje de suministro, que sirven como los transformadores de voltaje y reducen el voltaje medido a un intervalo entre -10 voltios y +10 voltios, a manera de ejemplo. El microcontrolador tiene un convertidor de analógico/digital, un comparador analógico, múltiples temporizadores , y al menos una memoria de valor de medición, y preferentemente está equipado con una interfaz estándar de programación para hacer una conexión a una computadora o una red de computadora, de modo que es posible la fácil configuración y fácil entrada de los valores por defecto. El circuito eléctrico también puede tener una pantalla de estado y/o una interfaz para transferir los reportes de estado, de modo que se pueda reportar directamente a un usuario el estado del circuito eléctrico en la presencia de una perturbación en la red de suministro. También es posible que los mensajes de estado transferidos se capturen por una máquina central o- control de proceso, y se procesan adicionalmente . Para aplicación renovada de voltaje al motor de CA trifásico después de que se ha separado de un voltaje de suministro, se proporciona típicamente un conmutador de energía, que recibe un impulso de conmutación de un dispositivo de ajuste de corriente directa. A este
respecto, frecuentemente son necesarias grandes corrientes de conmutación para activar el conmutador de energía, de modo que en una modalidad preferida del circuito eléctrico, se conecta una salida del microcontrolador con un transistor de efecto de campo (FET), configurado de manera preferente como un MOSFET, como una señal de control, transistor que conecta un voltaje de entrada separado con un lado de salida del dispositivo de ajuste de corriente directa.
Breve Descripción de la Figura Otros objetos y características de la presente invención llegarán a ser evidentes de la siguiente descripción detallada considerada en unión con la Figura anexa. Se va a entender, sin embargo, que la Figura se diseña sólo como una ilustración y no como una definición de los límites de la invención. La Figura 1, muestra una tarjeta de circuito en la cual se implementa el circuito eléctrico de acuerdo a lá invención .
Descripción Detallada de la Modalidad Preferida El circuito eléctrico para implementar el método de acuerdo a la invención comprende un dispositivo -1 de detección de valor de medición, un microcontrolador 2, y un dispositivo 3 de ajuste de corriente directa para generar un
impulso de conmutación para un conmutador de energía. El circuito tiene adicionalmente ocho LED 4 como una pantalla 5 de estado, y conectadores 6 para programar el microcontrolador y para la salida de los mensajes de estado. El dispositivo 1 de detección de valor de medición se conecta con dos terminales de un motor de CA trifásico y dos terminales de un voltaje de suministro por medio de dos sondas, no mostradas. El voltaje de suministro se hace disponible por una red de suministro o por una red de reserva adicional, que permite la operación del motor en el caso de falla de la red de suministro. El microcontrolador 2 tiene ocho salidas digitales que se conectan con LED 4, para presentar el estado actual. El primer LED 4 se enciende cuando inicia el microcontrolador 2, e indica que está trabajando el circuito. Cuando se enciende el segundo LED 4, el circuito está listo para una interrupción de red. El tercero a sexto LED 4 indican el progreso de una interrupción de red después de la separación del motor del voltaje de suministro. El tercer LED 4 enciende cuando existe una interrupción de red con respecto a la red de suministro, y se apaga cuando el voltaje de suministro se hace disponible por una red de reserva o por la red de superior nuevamente. El cuarto LED 4 se enciende si se están registrando los cruces cero del voltaje de suministro o el voltaje de campo residual,
respectivamente, por el dispositivo 1 de detección de valor de medición, para determinar los progresos de tiempo de la fase del voltaje de campo residual y el voltaje de suministro. Si se han obtenido suficientes valores de medición, el cuarto LED 4 se apaga y el quinto LED 4 indica que se está esperando un punto de tiempo ts precalculado adecuado para aplicar el voltaje. Tan pronto como se ha alcanzado el punto de tiempo ts, el sexto LED 4 se enciende, en tanto que el circuito se reajusta a su estado original. En tanto que el séptimo LED 4 sirve para propósitos de diagnóstico durante el desarrollo del circuito, el octavo LED indica cuándo se está activando una orden de conmutación para el conmutador de energía, para encender de regreso el motor. Puesto que el conmutador de energía tiene un retraso t3 de conmutación que se conoce por adelantado, de típicamente varias decenas de milisegundos (por ejemplo, t3 = 60 ms en el caso de un conmutador de energía tipo DIL M300 de la compañía Móller GmbH) , la orden de conmutación se debe accionar por consiguiente antes de que se alcance el punto de tiempo ts. El cálculo del punto de tiempo ts se basa en la detección de la posición de fase del voltaje de campo residual en las terminales de conexión del motor y el voltaje de suministro. A fin de determinar la posición de fase, se determinan los cruces cero del voltaje de
suministro y del voltaje de campo residual de un tren, o el voltaje encadenado entre dos trenes. Estos voltajes se pueden capturar directamente, enfrente de o detrás del conmutador de energía. En el caso de una interrupción de la red de suministro durante la operación del circuito eléctrico, se abre el conmutador de energía, y se indica la interrupción de red por el tercer LED 4. En el caso donde nuevamente se suponga que está disponible el voltaje de suministro por la red de suministro después de que se ha abierto el conmutador de energía, después de que se ha eliminado la interrupción, se determina primero la duración de la interrupción de red. Para este propósito, se determina la duración de la interrupción de red por el dispositivo 1 de detección de valor de medición. Después de que está nuevamente disponible el voltaje de suministro, un comprador analógico determina un cruce cero del voltaje de suministro, y se puede calcular la fase del voltaje de suministro por adelantado por la determinación de este cruce cero, tomando en consideración la frecuencia de red. De manera subsiguiente, se determinan los cruces cero del voltaje de campo residual, y la velocidad angular de la fase y el cambio en la velocidad angular se determinan de los intervalos de tiempo entre los cruces cero. El punto de tiempo ts en el cual la diferencia de fase va por abajo de
un valor máximo predeterminado A(pmax de 20 °C, por ejemplo, se determina de los datos que se han calculado por adelantado. Por consiguiente, en tanto que se han mostrado y descrito unas pocas modalidades de la presente invención, es obvio que se pueden hacer muchos cambios y modificaciones en la misma sin apartarse del espíritu y alcance de la invención .