DISPOSICION DE CIRCUITO CON UN RELE BIESTABLE ENTRE UNA RED Y UN ONDULADOR.

Disposición de circuito con un relé (K1; K12) que comprende una bobina de excitación (E) así como un contacto de conmutación (1a,

1b), en la que el contacto de conmutación (1a, 1b) está dispuesto como punto de conmutación entre una red, en especial, una red de suministro eléctrico (N) y un ondulador (WR) alimentado por una fuente de corriente continua, en especial, por un generador fotovoltaico (PVG), caracterizada porque el relé (K1; K12) está realizado como un relé biestable, porque la bobina de excitación (E) está conectada en serie con, como mínimo, un interruptor o conmutador (S; SC1 y S1; SC2) y un condensador (C1; C12), de manera que al conectar el al menos un interruptor (S; SC1 y S1; SC2) el condensador (C1; C12) se carga, porque paralelamente a la bobina de excitación (E) está dispuesta una ruta de corriente de carga para cargar el condensador (C1; C12), y porque un segundo interruptor (S3; S32) está dispuesto en la ruta de corriente de carga para interrumpir ésta cuando el condensador (C1; C12) está cargado a un valor definido

Disposición de circuito con un relé biestable entre una red y un ondulador.

La invención se refiere a una disposición de circuito con un relé que comprende una bobina de excitación así como contactos de conmutación, en la que los contactos de conmutación están dispuestos como puntos de conmutación entre una red, en especial una red de suministro eléctrico y un ondulador alimentado por una fuente de tensión continua, en especial por un generador fotovoltaico.

Se conocen onduladores especialmente diseñados para instalaciones fotovoltaicas con un puente semiconductor para alimentar la red de suministro eléctrico con la energía producida por generadores fotovoltaicos. Esta red de suministro eléctrico puede ser la red pública o bien una red aislada. El ondulador fotovoltaico se encarga de que la corriente continua de la fuente sea convertida en una corriente alterna compatible con la red. En estos onduladores se intenta conseguir un muy alto rendimiento.

Los onduladores de este tipo para la alimentación de la red de suministro eléctrico están sometidos a requisitos especiales. Han de cumplir las normas de seguridad que pueden variar de país en país. En casi todos los países es muy relevante para la seguridad la desconexión de la red de la instalación fotovoltaica, incluido el generador y el ondulador.

En ambas líneas de CA se insertan habitualmente conmutadores. Debido al nivel de la corriente a conmutar y a la separación galvánica, se utilizan componentes de conmutación con contactos, en especial, relés.

En el documento WO 2007/031356 A1 se describe y se muestra una disposición de circuito con un relé que comprende una bobina de excitación así como un contacto de conmutación, en la que el contacto de conmutación está dispuesto como punto de conmutación entre una red y un generador fotovoltaico.

Resulta problemático que los contactos de conmutación de los relés pueden quedar soldados o pegados en determinadas circunstancias, por ejemplo, debido a fallos de red. A efectos de reducir el riesgo para la seguridad, se conoce la utilización de dos relés en lugar de uno solo, de manera que sus contactos de conmutación están conectados en serie. Este circuito en serie se muestra en la figura 2.

Mientras que las dimensiones y el peso de los onduladores fotovoltaicos se han mantenido más o menos iguales a lo largo de los años, las posibles capacidades de alimentación de los onduladores aumentan, en parte, de forma considerable. Esto significa que se exigen nuevos requisitos a los componentes utilizados en el ondulador. Los relés utilizados en los puntos de desconexión han de ser pequeños, es decir, necesitar poco espacio y gastar poca ener- gía.

En onduladores convencionales se utilizan típicamente relés monoestables para los puntos de desconexión mencionados.

Estos relés disponen en el estado no excitado de una posición de conmutación exacta, fijamente definida. Por ejemplo, en el tipo NA de cierre el contacto siempre está abierto mientras no circula corriente por la bobina del relé. El cierre requiere, en este caso, un suministro de energía permanente. Si el conmutador está mayoritariamente cerrado, resulta ventajoso utilizar un tipo NC de apertura.

En el tipo NC de apertura el contacto está cerrado mientras no pase corriente por la bobina del relé. Esto tiene el inconveniente de que en el estado abierto ha de ser alimentado permanentemente con electricidad. De esta manera, en el tipo NC de apertura existe un riesgo de seguridad. En el caso de que se produzca un fallo en el suministro eléctrico, la instalación fotovoltaica no podrá ser desconectada de la red.

Además, los relés monoestables presentan otro inconveniente. Para uno de los dos estados de conmutación, es decir contactos abiertos o cerrados, se requiere un suministro permanente de electricidad. Para ello hace falta una bobina correspondientemente grande. El relé resulta, por lo tanto, muy grande y caro.

Esto resulta inoportuno para onduladores fotovoltaicos destinados a alimentar una red de suministro eléctrico. Estos onduladores han de ser económicos, pequeños y seguros, y deben presentar un consumo de energía reducido para su propia alimentación para que el rendimiento de la instalación sea lo más alto posible.

Por otro lado, estos relés también tienen ventajas. Presentan una mecánica sencilla, son económicos y facilitan un estado básico definido del relé. Además, son muy fáciles de controlar. Por ejemplo, cuando fluye una corriente nominal por la bobina de excitación, el relé se conecta. Cuando no fluye ninguna corriente por la bobina, el relé se desconecta.

Se conocen relés biestables.

Los relés biestables cumplen en principio los requisitos de necesitar poco espacio y consumir poca energía. Los relés biestables necesitan solamente un impulso eléctrico limitado en el tiempo para cambiar el estado de conmutación en el que permanecerán luego. Sólo se requiere energía para el impulso de conmutación. Por lo tanto consumen considerablemente menos energía que los relés monoestables. Al contrario del relé monoestable no es necesario que pase una corriente constantemente por la bobina para mantener el relé en una posición abierta o cerrada. Dado que no hay ningún flujo de corriente permanente, la bobina no se calienta. Sólo se necesita una bobina pequeña, por lo cual el relé en sí también es pequeño.

Por la patente DE 2747607C3 se conoce un circuito de control para poder aprovechar también para los interruptores monoestables las ventajas de los relés biestables tales como, por ejemplo, reducida potencia de excitación y eliminación del calentamiento innecesario, reducida tensión térmica, aumento de la fiabilidad, incluso de componentes adyacentes, y una compensación térmica de la tensión de excitación. En la figura 3 se muestra una disposición conocida.

Mediante la conexión adicional de una tensión de excitación (U) se excita el relé biestable (Rls) y simultáneamente se carga un condensador (C1). Entonces se conecta el relé (Rls). Cuando el condensador (C1) está cargado, no fluye más corriente eléctrica. Debido a su carácter biestable, el relé (Rls) permanece, sin embargo, en su posición de conmutación. Para volver a la posición anterior mediante desconexión de la tensión de excitación (U), el condensador (C1) se descarga mediante un transistor (T1) a través de un tramo semiconductor montado en paralelo al relé. El relé (Rls) es excitado en sentido contrario y vuelve a su posición de reposo como un relé monoestable. De este modo, es posible operar el relé (Rls) con un mínimo de energía de control.

La presente invención tiene como objetivo dar a conocer un punto de conmutación que requiere poco espacio y poca energía, en especial, para un ondulador fotovoltaico que utiliza un relé. Esta solución mejorada deberá presentar pocos componentes. El relé ha de desconectarse de forma segura y, concretamente, también de forma automática en caso de error.

Este objetivo se consigue porque el relé está realizado como un relé biestable, estando la bobina de excitación montada en serie con, como mínimo, un interruptor y un condensador, de manera que al conectar el al menos un interruptor el condensador es cargado.

De acuerdo con la invención, está dispuesta en paralelo a la bobina de excitación una ruta para la corriente de carga para cargar el condensador.

La invención está basada en la idea de separar la carga del condensador de la excitación del relé. A tal efecto, un interruptor está dispuesto en serie con respecto a la bobina de excitación del relé. Paralelamente al circuito en serie de bobina de excitación e interruptor se encuentra la ruta para la corriente eléctrica o corriente de carga a través de la que se carga el condensador. Debido a ello es posible que el condensador sea cargado a una tensión predeterminada, conectándose entonces el interruptor dispuesto delante del relé. De esta forma la corriente fluye a través de la bobina de excitación del relé y el relé conmuta. Este proceso tiene lugar cuando se cierra el relé y, por lo tanto, el punto de conmutación entre el ondulador para alimentar la red de suministro eléctrico y la red eléctrica.

Del modo descrito se asegura que, incluso antes de que el relé cierre, en el condensador haya suficiente energía almacenada para volver a conmutar el relé, es decir, desconectarlo y, de esta manera, separar el ondulador de la red de suministro eléctrico. Esto constituye un aspecto de seguridad...

1. Disposición de circuito con un relé (K1; K12) que comprende una bobina de excitación (E) así como un contacto de conmutación (1a, 1b), en la que el contacto de conmutación (1a, 1b) está dispuesto como punto de conmutación entre una red, en especial, una red de suministro eléctrico (N) y un ondulador (WR) alimentado por una fuente de corriente continua, en especial, por un generador fotovoltaico (PVG), caracterizada porque el relé (K1; K12) está realizado como un relé biestable, porque la bobina de excitación (E) está conectada en serie con, como mínimo, un interruptor o conmutador (S; SC1 y S1; SC2) y un condensador (C1; C12), de manera que al conectar el al menos un interruptor (S; SC1 y S1; SC2) el condensador (C1; C12) se carga, porque paralelamente a la bobina de excitación (E) está dispuesta una ruta de corriente de carga para cargar el condensador (C1; C12), y porque un segundo interruptor (S3; S32) está dispuesto en la ruta de corriente de carga para interrumpir ésta cuando el condensador (C1; C12) está cargado a un valor definido.

2. Disposición de circuito, según la reivindicación 1, caracterizada por un circuito de control que está realizado de tal manera que contiene, como mínimo, un diodo Zener (D4, D9; D92, D42) conectado a otro interruptor (S3, S32) para controlar el proceso de carga del condensador (C1; C12).

3. Disposición de circuito, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por un circuito de control que está realizado de tal manera que una señal de control es aplicada al interruptor (S1), de manera que el interruptor (S1) que está dispuesto en serie con la bobina de excitación (E) sólo se conecta cuando el condensador (C1) está cargado al valor definido.

4. Disposición de circuito, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque un conmutador (SC1) está dispuesto en serie con el interruptor (S1), la bobina de excitación (E) y el condensador (C1) para conmutar entre una tensión de alimentación (Vcc) y la masa.

5. Disposición de circuito, según la reivindicación 4, caracterizada porque el conmutador (SC1) dispuesto en serie con la bobina de excitación (E) está integrado en un elemento de excitación de circuito integrado.

6. Disposición de circuito, según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque paralelamente al interruptor (S1) y a la bobina de excitación (E) está conectado un circuito en serie que comprende una resistencia (R2), otro interruptor (S3) y un diodo (D6).

7. Disposición de circuito, según las reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque el interruptor (S1) puede ser controlado a través de un interruptor semiconductor, en especial, un transistor npn (S2), que puede ser controlado por otro diodo Zener (D4), estando este diodo Zener (D4) conectado con una puerta del interruptor (S3) dispuesta en la ruta de la corriente de carga.

8. Disposición de circuito, según las reivindicaciones 2 a 7, caracterizada porque el interruptor (S1) es un MOSFET de canal p.

9. Disposición de circuito, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el interruptor (SC2) conectado en serie con la bobina de excitación (E) es un interruptor semiconductor, en especial, un MOSFET.

10. Disposición de circuito, según la reivindicación 9, caracterizada porque paralelamente a la bobina de excitación (E) está conectado un circuito en serie que comprende otro interruptor (S32) y un diodo (D62).

11. Disposición de circuito, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por una realización de tal manera que una corriente de descarga del condensador (C12) circula a través de un circuito Darlington complementario que consta de dos interruptores (S4, S5).

12. Disposición de circuito, según la reivindicación 11, caracterizada porque en una tensión de alimentación (Vcc) una resistencia (R22) está conectada en serie con un diodo (D8) y la bobina de excitación (K12), estando el cátodo del diodo (D8) conectado con el colector del primer interruptor (S4) del circuito Darlington.

13. Disposición de circuito, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el interruptor (S3; S32) conectado en el diodo Zener (D6; D62) es un interruptor semiconductor, preferentemente un MOSFET, estando drenaje y puerta de este interruptor (S3; S32) conectados entre sí a través de una resistencia (R3; R32) y estando conectado un diodo Zener (D9; D92) entre puerta y fuente, concretamente de tal manera que su cátodo está conectado con la puerta y su ánodo con la fuente.

14. Ondulador, caracterizado por una disposición de circuito de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores.