Regulador de tensión en serie con electrónica protegida frente a los cortocircuitos mediante un desacoplamiento por circuito magnético con orificios y ventanas.

Regulador (10) de tensión, adaptado para ser conectado en serie entre por un lado una fuente

(S) alterna y, por otro lado, una carga (C), que comprende

un circuito magnético (2) que comprende un primer núcleo (21) y un segundo núcleo (22),

por lo menos una primera bobina (1) inductora bobinada por lo menos parcialmente alrededor del primer núcleo (21) y conectada, por un lado, a la fuente (S) alterna y, por otro lado, a la carga (C), y

por lo menos un convertidor (4) de tensión que comprende una segunda bobina (7) bobinada alrededor del segundo núcleo (22),

estando el regulador (10) caracterizado por que el circuito (2) comprende

un tercer núcleo (3) de desacoplamiento, y

un entrehierro virtual (EV), comprendiendo el entrehierro virtual (EV)

- por lo menos un par (50) de orificios (5) en el tercer núcleo (3) de desacoplamiento, y

- un bobinado (6) que se bobina entre los orificios (5) de cada par (50) de orificios (5), y conectado a una fuente (8) de corriente continua,

funcionando el regulador (10) entre por lo menos dos estados, a saber:

un primer estado en el que el entrehierro virtual (EV) está abierto saturando magnéticamente el tercer núcleo (3) de desacoplamiento, siendo el flujo magnético en el tercer núcleo (3) bajo, y estando la segunda bobina (7) del convertidor (4) acoplada a la primera bobina (1), de manera que el regulador pueda regular una tensión en la carga (C), y

un segundo estado en el que el entrehierro virtual (EV) está cerrado, siendo el flujo magnético en el entrehierro virtual (EV) del tercer núcleo (3) importante, de manera que el convertidor (4) se desacople de la primera bobina (1).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/054806.

Solicitante: ELECTRICITE DE FRANCE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 22-30 AVENUE DE WAGRAM 75008 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: BRUDNY,JEAN FRANÇOIS, GUUINIC,PHILIPPE, COSTAN,VALENTIN, DESSOUDE,MAXIME.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > CONTROL; REGULACION > SISTEMAS DE REGULACION DE VARIABLES ELECTRICAS O... > Sistemas automáticos en los que las desviaciones... > G05F1/32 (que utilizan dispositivos magnéticos de grado de saturación regulable como dispositivos de regulación final)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE... > Transformadores variables o inductancias variables... > H01F29/14 (con polarización magnética variable)
  • SECCION G — FISICA > CONTROL; REGULACION > SISTEMAS DE REGULACION DE VARIABLES ELECTRICAS O... > Sistemas automáticos en los que las desviaciones... > G05F1/325 (con un núcleo de estructura particular, p.ej. entrehierro, apertura, ranura, imán permanente)

PDF original: ES-2543310_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Regulador de tensión en serie con electrónica protegida frente a los cortocircuitos mediante un desacoplamiento por circuito magnético con orificios y ventanas.

Campo técnico general

La presente invención se refiere a un regulador de tensión, adaptado para ser conectado en serie entre, por un lado, una fuente alterna y, por otro lado, una carga, que comprende un circuito magnético que comprende un primer núcleo y un segundo núcleo paralelos entre sí, por lo menos una primera bobina inductora bobinada alrededor del primer núcleo y conectada, por un lado, a la fuente alterna y, por otro lado, a la carga, y por lo menos un convertidor de tensión que comprende una segunda bobina bobinada alrededor del segundo núcleo.

Estado de la técnica

Tal como se muestra en la figura 1, se conocen unas redes eléctricas alternas (por ejemplo de transporte de alta tensión, de distribución de media y baja tensión, así como las redes industriales de alimentación interna de las fábricas) que comprenden por lo menos un regulador 10 de tensión, adaptado para ser conectado en serie entre, por un lado, una fuente alterna S y, por otro lado, una carga C.

En efecto, con frecuencia la tensión de las redes se degrada, tanto más cuanto más lejos se está de la fuente (como por ejemplo una caída de tensión media, una fluctuación rápida ("flicker" en inglés) , una generación de armónicos o huecos de tensión) , y el regulador 10 conocido permite una regulación de tensión, con el fin de corregir la tensión de las cargas conectadas en el extremo de la red.

Para ello, el regulador 10 conocido comprende un circuito magnético 2 que comprende un primer núcleo 21 y un segundo núcleo 22, paralelos entre sí. También comprende por lo menos una primera bobina inductora 1 bobinada alrededor del primer núcleo 21 y conectada, por un lado, a la fuente S y, por otro lado, a la carga C. Finalmente comprende por lo menos un convertidor 4 electrónico de tensión que comprende una segunda bobina 7 bobinada alrededor del segundo núcleo 22. Un regulador de este tipo se describe en el documento US 2003/0076202 A1.

El convertidor 4 permite regular la tensión en los terminales Bc de la carga cuando está acoplado, a través de la segunda bobina 7, a la primera bobina 1 que presenta una inductancia L.

En régimen normal, es decir sin fallos en la red, el flujo magnético FA de la primera bobina 1 se cierra en el circuito 2 sobre el primer núcleo 21 y el segundo núcleo 22.

En este caso, el conjunto formado por la primera bobina 1, el circuito 2 y la segunda bobina 7 constituye un transformador de tensión que acopla el convertidor 4 con la primera bobina 1 en serie y aguas arriba de la carga C.

Por tanto, el convertidor 4 puede regular la tensión en los terminales Bc de la carga C.

Las redes eléctricas mencionadas anteriormente son inevitablemente objeto de fallos D (accidente, fallo de material, rayo, etc. y de manera general, cualquier sobreintensidad (cortocircuito) que pueda atravesar el regulador) , sobre todo dado que desde hace una década los riesgos de fallo aumentan debido al envejecimiento de las redes.

Simultáneamente, la conexión a las redes de nuevos tipos de instalaciones, tales como instalaciones descentralizadas de producción de energía (los parques eólicos, por ejemplo) , hace aumentar la potencia de los cortocircuitos en las redes en caso de fallo. La amplitud de las corrientes de cortocircuito es por tanto del orden de algunos kA hasta varias decenas o centenas de kA, según los tipos de redes. Las corrientes de gran amplitud pueden dañar las redes, y en particular el convertidor 4.

Una solución conocida consiste en prever un dispositivo de desacoplamiento electromecánico del convertidor 4 y de la primera bobina 1.

No obstante, esta solución no es óptima. En efecto, en el caso de un convertidor de tensión conectado en serie con ayuda de un transformador conocido, toda la tensión de fallo aparece muy rápidamente en sus terminales, en caso de fallo, lo cual puede dañarlo.

Por tanto, el convertidor debe ser desacoplado por unos interruptores.

Se considera, a modo de ejemplo, una red conocida trifásica de 20 kV, con una tensión monofásica del orden de 11, 5 kV. La corriente nominal que corresponde a una carga C trifásica de 1 MVA es del orden de 30A, mientras que la amplitud del cortocircuito puede alcanzar varias centenas de amperios (10 veces la corriente nominal) , incluso varios millares de amperios.

Ahora bien, una regulación de tensión de más o menos el 10% corresponde a una variación de tensión monofásica del orden de 1 kV, es decir una potencia permanente del convertidor 4 del orden de 30 kVA.

Para que sean operacionales durante toda la duración de un fallo del orden de diez veces la corriente nominal, las características de los interruptores del convertidor deben ser tales que puedan transportar una potencia monofásica del orden de 300 kVA, incluso más en caso de cortocircuitos de varios millares de amperios. Unos interruptores de este tipo son por consiguiente muy costosos.

Breve descripción de la invención

La invención propone paliar por lo menos uno de esos inconvenientes. Para ello, la invención propone un regulador de tensión, adaptado para ser conectado en serie entre, por un lado, una fuente alterna y, por otro lado, una carga, que comprende un circuito magnético que comprende un primer núcleo y un segundo núcleo, por lo menos una primera bobina inductora bobinada por lo menos parcialmente alrededor del primer núcleo y conectada, por un lado, a la fuente alterna y, por otro lado, a la carga, y por lo menos un convertidor de tensión que comprende una segunda bobina bobinada alrededor del segundo núcleo, estando el regulador caracterizado por que el circuito comprende un tercer núcleo de desacoplamiento, y un entrehierro virtual, comprendiendo el entrehierro virtual -por lo menos un par de orificios en el tercer núcleo de desacoplamiento, y -un bobinado que se bobina entre los orificios de cada par de orificios, y conectado a una fuente de corriente continua, funcionando el regulador entre por lo menos dos estados, a saber: un primer estado en el que el entrehierro virtual está abierto saturando magnéticamente el tercer núcleo de desacoplamiento, siendo el flujo magnético en el tercer núcleo bajo, y estando la segunda bobina del convertidor acoplada a la primera bobina, de manera que el regulador puede regular una tensión en la carga, y un segundo estado en el que el entrehierro virtual está cerrado, siendo el flujo magnético en el entrehierro virtual del tercer núcleo importante, de manera que el convertidor se desacopla de la primera bobina. La invención se completa ventajosamente mediante las siguientes características, consideradas solas o en cualquiera de sus combinaciones técnicamente posibles: -el regulador está adaptado además para funcionar según un tercer estado en el que el entrehierro virtual está parcialmente abierto desaturando parcialmente el tercer núcleo, de manera que el convertidor se desacopla parcialmente de la primera bobina; -comprende un mando pasivo o activo o inteligente de la apertura, total o parcial, o del cierre, total o parcial, del entrehierro virtual; -el mando pasivo comprende una conexión permanente entre la fuente de corriente continua y el bobinado; -el mando activo comprende un interruptor mandado por un detector entre la fuente de corriente continua y el bobinado; -el mando inteligente manda una fuente de corriente continua que comprende un variador conectado al bobinado; -el primer núcleo comprende -una reducción de sección, o -un núcleo complementario conectado mediante un entrehierro mecánico al circuito magnético;

- la primera bobina... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Regulador (10) de tensión, adaptado para ser conectado en serie entre por un lado una fuente (S) alterna y, por otro lado, una carga (C) , que comprende un circuito magnético (2) que comprende un primer núcleo (21) y un segundo núcleo (22) , por lo menos una primera bobina (1) inductora bobinada por lo menos parcialmente alrededor del primer núcleo (21) y conectada, por un lado, a la fuente (S) alterna y, por otro lado, a la carga (C) , y por lo menos un convertidor (4) de tensión que comprende una segunda bobina (7) bobinada alrededor del segundo núcleo (22) , estando el regulador (10) caracterizado por que el circuito (2) comprende 15 un tercer núcleo (3) de desacoplamiento, y un entrehierro virtual (EV) , comprendiendo el entrehierro virtual (EV)

- por lo menos un par (50) de orificios (5) en el tercer núcleo (3) de desacoplamiento, y -un bobinado (6) que se bobina entre los orificios (5) de cada par (50) de orificios (5) , y conectado a una fuente (8) de corriente continua, funcionando el regulador (10) entre por lo menos dos estados, a saber:

un primer estado en el que el entrehierro virtual (EV) está abierto saturando magnéticamente el tercer núcleo (3) de desacoplamiento, siendo el flujo magnético en el tercer núcleo (3) bajo, y estando la segunda bobina (7) del convertidor (4) acoplada a la primera bobina (1) , de manera que el regulador pueda regular una tensión en la carga (C) , y un segundo estado en el que el entrehierro virtual (EV) está cerrado, siendo el flujo magnético en el entrehierro virtual (EV) del tercer núcleo (3) importante, de manera que el convertidor (4) se desacople de la primera bobina (1) .

2. Regulador según la reivindicación 1, adaptado además para funcionar según un tercer estado en el que el entrehierro virtual (EV) está parcialmente abierto desaturando parcialmente el tercer núcleo (3) , de manera que el convertidor (4) se desacople parcialmente de la primera bobina (1) .

3. Regulador según una de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende un mando (60) pasivo o activo o inteligente de la apertura, total o parcial, o del cierre, total o parcial, del entrehierro virtual (EV) .

4. Regulador según la reivindicación 3, en el que el mando (60) pasivo comprende una conexión permanente entre

la fuente (8) de corriente continua y el bobinado (6) . 45

5. Regulador según la reivindicación 3, en el que el mando (60) activo comprende un interruptor (61) mandado por un detector (62) entre la fuente (8) de corriente continua y el bobinado (6) .

6. Regulador según la reivindicación 3, en el que el mando (60) inteligente manda una fuente (8) de corriente continua que comprende un variador (81) conectado al bobinado (6) .

7. Regulador según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el primer núcleo (21) comprende

- una reducción (210) de sección, .

55. un núcleo complementario (220) conectado mediante un entrehierro mecánico (221) al circuito magnético (2) .

8. Regulador según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la primera bobina (1) se compone de una primera parte (1a) , que se arrolla alrededor del primer núcleo (21) , y de una segunda parte (1b) , que se arrolla alrededor de una parte del circuito (2) comprendida entre el primer núcleo (21) y el tercer núcleo (3) , presentando así el regulador también una función de limitador de corriente.

9. Regulador según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el circuito (2) comprende un circuito (200) magnético auxiliar que comprende un marco que comprende por lo menos un núcleo (212) y un entrehierro mecánico (EM) , arrollándose la primera bobina (1) alrededor del primer núcleo (21) y del núcleo (212) del marco,

presentando así el regulador también una función de limitador de corriente.

10. Regulador según una de las reivindicaciones 1 a 9, adaptado para ser puesto en serie con una bobina limitadora de corriente.