APARATO Y METODO PARA DETECTAR CORRIENTES DE FASES DE INVERSOR.

Aparato y método para detectar corrientes de fases de inversor.

La presente invención fija previamente una tensión umbral, compara la tensión umbral fijada con una tensión de referencia y estima si es obtenida la anchura mínima de impulso de una señal de PWM. Cuando la anchura de impulso de una señal de PWM es igual o mayor que la anchura mínima de impulso pero cada anchura de impulso de dos señales de PWM es menor que la anchura mínima de impulso, la tensión sinusoidal correspondiente a una de las dos señales de PWM con anchura de impulso menor que la anchura mínima de impulso es variada a la tensión umbral para detectar dos corrientes de fases, y la corriente de fase restante es calculada basada en las dos corrientes de fases detectadas. Después de que la corriente de fase fue detectada variando la tensión umbral, la diferencia de niveles entre la tensión sinusoidal original y la tensión umbral es fijada como una tensión de compensación, y la tensión sinusoidal es compensada porla tensión de compensación

Aparato y método para detectar corrientes de fases de inversor.

Reivindicación de prioridad

Esta solicitud está basada en, y reivindica prioridad a, la Solicitud de Patente Coreana nº 10-2005-00136041 presentada el 30 de diciembre de 2.005 en la Korean Intellectual Property Office (KIPO), cuyo contenido total es incorporado por la presente mediante referencia.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un aparato y un método para detectar las corrientes de fases de un inversor y, más particularmente, a un aparato y un método para detectar las corrientes de fases de un inversor, que detectan las corrientes trifásicas de una alimentación de corriente alterna (designada en lo sucesivo como "CA") que un inversor extrae a una carga.

En general, un inversor ha sido usado extensamente para controlar con precisión una carga tal como un motor de inducción. El inversor genera una señal de modulación de anchura de impulsos (PWM: pulse width modulation) y conmuta selectivamente una pluralidad de elementos conmutadores mediante la señal de modulación de anchura de impulsos (PWM) generada. Según la conmutación de los elementos conmutadores, una alimentación de corriente continua (designada "CC") es convertida en una alimentación de corriente alterna (CA), y la alimentación de CA convertida es suministrada a una carga, accionándola de tal modo. Un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT: insulated gate bipolar transistor) ha sido empleado extensamente como un ejemplo de los elementos conmutadores.

Cuando varía la anchura de impulsos de la señal de PWM, los tiempos de conmutación de la pluralidad de elementos conmutadores, la tensión y la frecuencia de la alimentación de CA suministrada a la carga cambian para controlar con precisión de tal modo el par motor y la velocidad de rotación de la carga.

Además, en respuesta a una señal de mando de la carga, una tensión sinusoidal que tiene una frecuencia predeterminada es generada como una tensión umbral, y es generada una onda triangular que tiene un período de tiempo predeterminado. La onda triangular generada es comparada en nivel con la onda sinusoidal generada y una señal de PWM es generada según el resultado de la comparación. El período de tiempo de la señal de PWM es idéntico que el de la onda triangular. La anchura de impulsos de la señal de PWM varía según la diferencia entre el nivel de tensión de la onda triangular y el nivel de tensión de la onda sinusoidal.

Cuando tal inversor suministra una sobrecorriente a la carga, la carga es dañada y los componentes que constituyen el inversor también se estropean debido a la sobrecorriente. Por consiguiente, el inversor detecta las corrientes trifásicas suministradas a la carga y estima si una sobrecorriente es suministrada o no a la carga basado en las corrientes trifásicas detectadas. Cuando se estima que la sobrecorriente es suministrada a la carga, el funcionamiento del inversor se detiene para impedir que la carga y el inversor sean dañados debido a la sobrecorriente.

Hay cuatro métodos conocidos para detectar las corrientes trifásicas que el inversor suministra a la carga. Un primer método es un método para insertar una pluralidad de sensores de corrientes, tal como un transformador de corrientes, entre un terminal de salida de un inversor y la carga. Un segundo método es un método para insertar una pluralidad de resistores de detección de corrientes entre un terminal de salida de un inversor y la carga. Un tercer método es un método para insertar un resistor de detección de corriente entre el terminal negativo de un convertidor de alimentación para suministrar una alimentación de CC y una tierra de una sección de conmutación. Un cuarto método es un método para insertar resistores respectivos de detección de corriente entre una pluralidad de elementos conmutadores inferiores que conmutan la circulación de una corriente eléctrica desde una carga a tierra y a la tierra, respectivamente.

El primer método tiene la desventaja de que los propios sensores son fabricados con un coste muy alto.

En el segundo método, es grande la diferencia entre la tensión que una sección de conmutación del inversor suministra a la carga y la tensión de un controlador para controlar el funcionamiento del inversor. Por esta razón, requiere medios aislantes para aislar un circuito de control respecto a la sección de conmutación. Los medios aislantes son caros y el circuito es de construcción compleja.

El tercer método tiene la ventaja de que el circuito es de construcción sencilla. Sin embargo, para calcular todas las corrientes trifásicas, un resistor de detección de corriente debería corregir frecuentemente la tensión de una onda sinusoidal, lo que produce un control significativamente complicado.

El cuarto método puede detectar una corriente eléctrica mediante un control único. Según el cuarto método, a fin de detectar las corrientes trifásicas que el inversor extrae a la carga, debe ser capaz de detectar al menos dos corrientes de fases.

O sea, las corrientes trifásicas suministradas desde el inversor a la carga son expresadas por la ecuación (1):

(1)I_A + I_B + I_C = 0

Donde I_A, I_B y I_C son las corrientes de fase A, fase B y fase C.

Como se ilustra en la ecuación, como la suma de las corrientes trifásicas es cero amperios, al menos dos de las corrientes trifásicas son detectadas y la corriente de fase restante puede ser calculada basada en las dos corrientes detectadas de fases.

A fin de detectar las corrientes trifásicas suministradas desde el inversor a la carga, debería ser construido un bucle de corrientes que incluya una pluralidad de resistores de detección de corrientes. Para medir las tensiones entre los extremos de la pluralidad de resistores de detección de corrientes en el bucle de corrientes, una anchura mínima de impulso de la señal de PWM es necesaria para hacer circular las corrientes de fases a los resistores respectivos de detección de corrientes. El tiempo mínimo requerido para hacer circular una corriente de fase a los resistores respectivos de detección de corrientes depende de la anchura mínima de impulso de la señal de PWM. Por consiguiente, cuando el tiempo mínimo requerido para detectar las corrientes de fases en el bucle de corrientes es insuficiente, las corrientes de fases suministradas a la carga no pueden ser detectadas.

Mientras las corrientes de fases no son detectadas, cuando una sobrecorriente procedente del inversor es suministrada a la carga, la sobrecorriente no puede ser detectada y los componentes que constituyen el inversor y la carga son dañados debido a la sobrecorriente.

Por consiguiente, aunque cada anchura de impulso de dos señales de PWM sea menor que la anchura mínima de impulso, es necesaria la detección de las corrientes trifásicas suministradas a la carga.

Sumario de la invención

Por consiguiente, un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato y un método para detectar las corrientes de fases de un inversor, que puedan obtener una anchura mínima de impulso de una señal de PWM variando el nivel de una tensión de referencia, y detecten exactamente las corrientes trifásicas aplicadas a una carga.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un aparato y un método para detectar las corrientes de fases de un inversor, que compensen un nivel variado de la tensión de referencia sin influir en el accionamiento de la carga para obtener una anchura mínima de impulso de una señal de PWM.

Según la presente invención que tiene los objetos antes mencionados, es fijada previamente una tensión umbral capaz de obtener una anchura mínima de impulso de una señal de PWM. La tensión umbral fijada es comparada con las tensiones sinusoidales trifásicas que son una tensión de referencia, y se estima si puede ser obtenida la anchura mínima de impulso de una señal de PWM capaz de detectar las corrientes trifásicas.

Como resultado de la estimación, si cada anchura de impulso de tres señales de PWM es igual o mayor que una anchura mínima de impulso, las tensiones entre terminales de los resistores de detección de corrientes son detectadas como corrientes trifásicas. Como resultado de la estimación, si cada anchura de impulso de dos señales...

1. Un aparato para detectar las corrientes de fases de un inversor, que comprende:

una sección de conmutación para convertir una alimentación de corriente continua en una alimentación de corriente alterna y suministrar la alimentación de corriente alterna a una carga cuando una pluralidad de elementos conmutadores superiores y elementos conmutadores inferiores son activados según una pluralidad de señales de modulación de anchura de impulsos;

una pluralidad de resistores de detección de corrientes acoplados entre la pluralidad de elementos conmutadores inferiores y tierra, respectivamente;

una pluralidad de convertidores analógico/digital para convertir las tensiones de la pluralidad de resistores de detección de corrientes en señales digitales;

un generador de onda triangular para generar un onda triangular que tiene un período de tiempo redeterminado;

un controlador de detección de corrientes para generar las tensiones sinusoidales trifásicas, para comparar las tensiones sinusoidales trifásicas con una tensión umbral de referencia y para variar las tensiones sinusoidales trifásicas según el resultado de la comparación para controlar la detección de las corrientes de fases;

un generador de señales de modulación de anchura de impulsos para comparar las tensiones sinusoidales trifásicas procedentes del controlador de detección de corrientes con la tensión de la onda triangular generada por el generador de onda triangular para generar y extraer la pluralidad de señales de modulación de anchura de impulsos a la sección de conmutación; y

un detector de corrientes de fases para detectar las señales de salida de la pluralidad de convertidores analógico/digital como las corrientes de fases según el control del controlador de detección de corrientes.

2. El aparato según la reivindicación 1, que comprende además un detector de valor de pico para detectar y extraer el valor de pico de la onda triangular generada por el generador de onda triangular a los terminales de muestreo/retención de la pluralidad de convertidores analógico/digital.

3. El aparato según la reivindicación 1, en el que el controlador de detección de corrientes incluye:

un generador de ondas sinusoidales para generar las tensiones sinusoidales trifásicas en respuesta a una señal de mando de la carga;

una sección estimadora de detección de corrientes para comparar las tensiones sinusoidales trifásicas generadas por el generador de ondas sinusoidales con la tensión umbral de referencia, para generar selectivamente las señales primera a tercera estimadoras de detección de corrientes según el resultado de la comparación, y para causar que el detector de corrientes de fases detecte las corrientes de fases según las señales primera y segunda estimadoras de detección de corrientes;

una sección estimadora de tensiones para generar una señal variable de tensión de referencia, para variar una de las tensiones sinusoidales trifásicas, y una señal de detección de corrientes cuando la sección estimadora de detección de corrientes genera la tercera señal estimadora de detección de corrientes, y para causar que el detector de corrientes de fases detecte las corrientes de fases según la señal generada de detección de corrientes; y

una sección de variación de tensión de referencia para extraer las tensiones sinusoidales trifásicas mediante el generador de ondas sinusoidales al generador de señales de modulación de anchura de impulsos cuando la sección estimadora de detección de corrientes no genera la señal variable de tensión de referencia, y para variar y extraer el nivel de la tensión sinusoidal correspondiente al generador de señales de modulación de anchura de impulsos cuando la sección estimadora de detección de corrientes genera la señal variable de tensión de referencia.

4. El aparato según la reivindicación 3, en el que la sección estimadora de detección de corrientes genera la primera señal estimadora de detección de corrientes cuando todas las tensiones sinusoidales trifásicas son menores o iguales que la tensión umbral, causando de tal modo que el detector de corrientes de fases detecte las señales de salida de la pluralidad de convertidores analógico/digital como corrientes trifásicas respectivas.

5. El aparato según la reivindicación 3, en el que la sección estimadora de detección de corrientes genera la segunda señal estimadora de detección de corrientes cuando dos de las tres tensiones sinusoidales trifásicas son menores o iguales que la tensión umbral, causando de tal modo que el detector de corrientes de fases detecte al menos una señal de salida de la fase correspondiente a las tensiones sinusoidales trifásicas que son iguales o menores que la tensión umbral entre las señales de salida de la pluralidad de convertidores analógico/digital como dos corrientes de fases, y para calcular la corriente de fase restante basada en las dos corrientes de fases detectadas.

6. El aparato según la reivindicación 3, en el que la sección estimadora de detección de corrientes genera la tercera señal estimadora de detección de corrientes cuando una de las tensiones sinusoidales trifásicas es menor o igual que la tensión umbral, causando de tal modo que la sección estimadora de tensiones genere la señal variable de tensión de referencia y la señal de detección de corrientes.

7. El aparato según la reivindicación 3, en el que la señal variable de tensión de referencia generada por la sección estimadora de tensiones funciona para variar la tensión sinusoidal del nivel intermedio entre las tres tensiones de ondas sinusoidal trifásicas a la tensión umbral.

8. El aparato según la reivindicación 3, en el que la sección de variación de tensión de referencia varía la tensión sinusoidal de la fase correspondiente a la señal de variación de tensión de referencia a la tensión umbral y después fija entre la tensión sinusoidal original y la tensión umbral como la tensión de compensación, y compensa y extrae la tensión sinusoidal de la fase correspondiente mediante la tensión de compensación fijada.

9. El aparato según la reivindicación 8, en el que la tensión de compensación es obtenida sumando la tensión obtenida dividiendo la tensión de compensación por N (donde N es un número natural) a la tensión sinusoidal de la fase correspondiente durante un período N de tiempo de la onda sinusoidal generada por el generador de ondas sinusoidales.

10. Un método para detectar las corrientes de fases de un inversor, que comprende:

(i) generar las tensiones sinusoidales trifásicas en respuesta a una señal de mando

(ii) comparar las tensiones sinusoidales trifásicas con una tensión umbral de referencia, respectivamente;

(iii) variar una de dos tensiones sinusoidales trifásicas entre las tensiones sinusoidales trifásicas que son mayores que la tensión umbral a la tensión umbral cuando una de las tensiones sinusoidales trifásicas es igual o menor que la tensión umbral como el resultado de la comparación; y

(iv) detectar la corriente de la fase correspondiente a la tensión sinusoidal variada a la tensión umbral y la corriente de la fase correspondiente a la tensión sinusoidal que es menor o igual que la tensión umbral, y calcular la corriente de fase restante basada en las dos corrientes de fases detectadas.

11. El método según la reivindicación 10, que comprende además detectar las corrientes de fases correspondientes a las tensiones sinusoidales trifásicas cuando todas las tensiones sinusoidales trifásicas son menores o iguales que la tensión umbral como el resultado de la comparación.

12. El método según la reivindicación 10, que comprende además:

detectar las corrientes de fases correspondientes a dos tensiones sinusoidales que son menores o iguales que la tensión umbral cuando tres de las tensiones sinusoidales trifásicas son menores o iguales que la tensión umbral como el resultado de la comparación; y

calcular la corriente de fase restante basada en las dos corrientes de fases detectadas.

13. El método según la reivindicación 10, que comprende además:

fijar la diferencia entre la tensión sinusoidal original y la tensión umbral como una tensión de compensación después del cálculo de las corrientes de fases; y

sumar la tensión de compensación fijada a la tensión sinusoidal correspondiente para compensar la tensión sinusoidal original.