CIRCUITO ACONDICIONADOR DE LINEA DE POTENCIA.

Circuito acondicionador de línea de potencia.

Comprende una primera bobina (2) y una segunda bobina (5),

un primer (3) y un segundo interruptor bidireccional (6) y un primer (4) y un segundo condensador (7). El primer (3) y segundo interruptor bidireccional (6) son gobernados por un módulo de control que al detectar una irregularidad en la tensión alterna de entrada (Vi) de la red eléctrica (1) activa el primer interruptor bidireccional (3) y corta el segundo (6) alimentando la carga conectada a la salida (8) mediante la energía almacenada en el segundo condensador (7) y cuando la tensión de entrada (Vi) es la adecuada activa el primer interruptor y corta el segundo, permitiendo pasar la tensión de entrada (Vi) a la salida (Vo). Reduce el número de elementos, su coste y simplifica el gobierno del módulo de control

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200700925.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE CORDOBA.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: CÓRDOBA.

Inventor/es: MORENO MUOZ,ANTONIO.

Fecha de Solicitud: 9 de Abril de 2007.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 22 de Junio de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02M1/42B
  • H02M5/293 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformación de la corriente o de la tensión especialmente adaptada para su uso en los relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/02; sistemas de regulacion de variables eléctricas o magnéticas en general, p. ej. utilizando transformadores, reactancias o bobinas de choque, combinacion de tales sistemas con convertidores estáticos G05F; para computadores digitales G06F 1/00; transformadores H01F; conexión o control de un convertidor teniendo en cuenta su unión funcional con una fuente similar u otra fuente de alimentación H02J; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P; generadores de impulsos H03K). › H02M 5/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente alterna en una potencia de salida en corriente alterna, p. ej. para cambiar la tensión, para cambiar la frecuencia, para cambiar el número de fases. › utilizando solamente dispositivos semiconductores.

Clasificación PCT:

  • H02M1/42 H02M […] › H02M 1/00 Detalles de aparatos para transformación. › Circuitos o disposiciones para corregir o ajustar el factor de potencia en convertidores o inversores  .
  • H02M5/293 H02M 5/00 […] › utilizando solamente dispositivos semiconductores.

Fragmento de la descripción:

Circuito acondicionador de línea de potencia.

Objeto de la invención

El circuito acondicionador de la invención consiste en un convertidor de corriente alterna a corriente alterna que mantiene los niveles de alimentación en circuitos de potencia para evitar que sufran daños y mejorar su funcionamiento frente a las irregularidades que se producen en la alimentación de la línea eléctrica; para lo que incluye unos interruptores bidireccionales que son gobernados mediante un modulo de control que efectúa el troceado de corriente alterna, modulados en anchura e impulso (MAI); y que tiene por objeto simplificar y reducir el número de componentes del circuito adaptador, lo que repercute en un menor coste y en una simplificación de control a efectuar sobre el circuito acondicionador.

Por lo tanto, la invención es aplicable en el sector industrial de la electrónica, y más concretamente en el de la alimentación de circuitos de potencia, por ejemplo los empleados en calentamiento industrial, control de iluminación, arranque suave de motores de inducción y variadores de velocidad de ventiladores y bombas, etc.

Antecedentes de la invención

En el estado de la técnica es conocida la problemática de obtener una cantidad de energía eléctrica adecuada para alimentar los circuitos de potencia, calidad que viene afectada por la aparición de huecos, sobretensiones, interrupciones, armónicos e impulsos que varían en cantidad o en magnitud la tensión de alimentación de la línea eléctrica. De éstos, los huecos de tensión y las interrupciones momentáneas son los que más afectan a los circuitos de potencia que se utilizan en ordenadores, variadores de velocidad y otras cargas microelectrónicas, y sobre todo en los procesos automatizados con autómatas programables.

En este sentido, puede comentarse que los huecos de tensión se definen como una caída de tensión entre el 10% y el 90% del valor eficaz de la tensión nominal, con una duración entre 0,5 ciclos y un minuto, y una interrupción de tensión es cualquier bajada de tensión inferior al 10% del valor eficaz de la tensión nominal con una duración entre 0,5 ciclos y un minuto. Comparando las interrupciones con los huecos de tensión, estos últimos afectan a un gran número de equipos que pueden llegar a provocar serios problemas como disparos, bloqueos, sobrecalentamiento y apagados en los equipos electrónicos sensibles, cuyo margen de tensión de trabajo es reducido o no incorporan los medios adecuados para filtrar las fluctuaciones de la energía eléctrica.

Las subidas de tensión, menos frecuentes, no trastornan las cargas sensibles, pero pueden causar daños a los equipos.

El 85% del mal funcionamiento de las fuentes de alimentación debida a una pobre calidad de onda se debe a huecos de tensión o interrupciones inferiores a un segundo de duración.

Para ello en el estado de la técnica se han previsto varias soluciones que permiten efectuar la regulación de la tensión.

En este sentido, lo más próximo a la invención, para corregir los huecos de tensión cabe citar la tecnología conocida como estabilizadores de tomas variables o escalonados que consisten en convertidores de corriente alterna a corriente alterna, que inicialmente empleaban un elevado número de tiristores gobernados mediante un módulo de control, lo que supone una operación excesivamente compleja para obtener una respuesta rápida. Además no es efectivo en el rechazo de transitorio de tensión y el tiempo de respuesta es mediano.

Para resolver estos inconvenientes los estabilizadores de tomas variable incorporan interruptores bidireccionales constituidos por transistores que son gobernados por el módulo de control para realizar un troceado de la corriente alterna con modulación de amplitud de pulso (MAI).

En este aspecto pueden citarse los documentos de patente WO8809964-A1 y US6750563-B2. Estos sistemas no emplean componentes para almacenar energía como voluminosos condensadores o inductancias y proporciona una respuesta rápida a bajo coste. Bajo condiciones normales, en las que la red eléctrica proporciona la tensión adecuada, trabajan en modo "bypass", entregando directamente energía de la red a la carga, y durante una perturbación como por ejemplo un hueco de tensión, suministran la energía que falta y ayudan a mantener la tensión en los terminales de la carga crítica, presentando una relación de transformación variable de forma continua ya que el convertidor tiene capacidad para variar la tensión de salida en un margen considerablemente amplio. De esta forma, se pueden emplear también para aplicaciones de baja tensión a nivel de usuario final.

Este tipo de sistemas presentan el inconveniente de que la conmutación de los interruptores es crítica y se debe suministrar un camino alternativo de corriente mediante el uso de interruptores bidireccionales adicionales o el uso de circuitos de protección "snubbers". Estas topologías son complicadas y costosas de realizar y la fatiga de los interruptores también es alta, lo que da lugar a una reducción de la fiabilidad.

Descripción de la invención

Para resolver los inconvenientes y los conseguir los objetivos anteriormente indicados, la invención ha desarrollado un nuevo circuito acondicionador que incorpora un menor número de interruptores lo que reduce el coste y mejora la fiabilidad del convertidor.

Por consiguiente el circuito acondicionador de la invención, al igual que en los convencionales, recibe la alimentación procedente de la red eléctrica, que además se aplica a un módulo de control de gobierno de la activación de uno de los interruptores bidireccionales para realizar un troceado de la corriente alterna modulando en anchura de impulso, y presenta la novedad de que en su entrada comprende una primera inductancia que está conectada en paralelo a un primer interruptor bidireccional y a un primer condensador, que a su vez está conectado a un segundo interruptor bidireccional y en paralelo a una segunda inductancia, de forma que el segundo interruptor bidireccional además está conectado en paralelo a un segundo condensador y a la carga a alimentar y todo ello de forma que el módulo de control comprende medios para activar el primer interruptor bidireccional y cortar el segundo interruptor bidireccional al detectar una irregularidad en la tensión de alimentación de la red eléctrica, de forma que la carga se alimenta mediante la energía almacenada en el segundo condensador al estar el segundo interruptor bidireccional cortado.

Además para el caso en el que el módulo de control detecta que la corriente de la red eléctrica es la adecuada, incorpora medios para cortar el primer interruptor bidireccional y activar el segundo interruptor bidireccional de forma que deja pasar la corriente alterna de la red eléctrica a la carga y al mismo tiempo carga el segundo condensador cuya energía será utilizada nuevamente para el caso en el que se detecte una nueva irregularidad en la tensión de alimentación de la red eléctrica de la forma que ya fue descrita.

Por consiguiente mediante la invención no se precisa el uso de transformadores y únicamente se requiere el empleo de dos interruptores bidireccionales, lo que simplifica considerablemente la estructura del circuito acondicionador, y además simplifica el gobierno que el módulo de control ha de efectuar para conseguir una tensión de salida estable.

En la realización preferente de la invención el primer y segundo interruptor bidireccional comprenden un puente de diodos y un transistor bipolar de puerta aislada (IGPT), en cuyas puertas se aplica la señal de gobierno del módulo de control, entre cuyo emisor y colector comprenden un diodo.

Una vez que los medios para activar el primer interruptor bidireccional del módulo de control lo activan, lo mantienen en este estado durante un tiempo igual al índice de modulación (D) multiplicado por su periodo de conmutación.

Igualmente los medios para activar el segundo interruptor bidireccional, lo mantienen activado durante un tiempo igual a uno menos el índice de modulación y todo ello multiplicado por su periodo de conmutación.

En definitiva el circuito adaptador de la invención reduce el número de componentes electrónicos empleados, y simplifica su gobierno, obteniéndose un circuito acondicionados de menor coste.

A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado...

 


Reivindicaciones:

1. Circuito acondicionador de línea de potencia, en el que la alimentación (Vi) procedente de la red eléctrica (1) se aplica a un módulo de control de gobierno de la activación de unos interruptores bidireccionales, para realizar un troceado de la corriente alterna modulando en anchura de impulso (MAI); se caracteriza porque comprende:

- una primera bobina (2) a la que se aplica la tensión de alimentación (Vi) de la red eléctrica (1), y que está conectada en paralelo a un primer interruptor bidireccional (3);
- un primer condensador (4) conectado a la primera bobina (2) y al primer interruptor bidireccional (3), y además conectado en paralelo a una segunda bobina (5);
- un segundo interruptor bidireccional (6) conectado al primer condensador (4) y a la segunda bobina (5); y además conectado en paralelo a un segundo condensador (7) y a la carga a alimentar;
- incluyendo el módulo de control medios para activar el primer interruptor bidireccional (3) y cortar el segundo interruptor bidireccional (6) al detectar una irregularidad en la tensión de alimentación Vi de la red eléctrica (1), para alimentar la carga mediante la energía almacenada en el segundo condensador (7); y medios para cortar el primer interruptor bidireccional (3) y activar el segundo interruptor bidireccional (6) para dejar pasar la corriente alterna de la red eléctrica (1) a la carga y además cargar el segundo condensador (7).

2. Circuito acondicionador de línea de potencia, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios para activar el primer interruptor bidireccional (3) lo mantienen activado durante un tiempo igual al índice de modulación (C) multiplicado por su periodo de conmutación (T); y los medios para activar el segundo interruptor bidireccional (6) lo mantienen activado un tiempo igual a uno menos el índice de modulación (D) y todo ello multiplicado por su periodo de conmutación (T).

3. Circuito acondicionador de línea de potencia, según reivindicación 1, caracterizado porque el primer interruptor bidireccional (3) y el segundo interruptor bidireccional (6) comprenden un puente de diodos (9) y un transistor bipolar de puerta aislada (10) (IGBT) a cuya puerta se aplica la señal de control (S1, S2) del módulo de control; y entre cuyo emisor y colector comprende un diodo (11).


 

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