CIRCUITO PROTECTOR PARA UN CONVERTIDOR.

Circuito protector para un convertidor (5) con varias fases (U,

V, W), con el que para cada corriente de fase (I1, I2, 13) de las fases (U, V, W) están conectada una señal (U1, U2, U3) proporcional a la respectiva corriente de fase (I1, I2, I3) a un circuito de transformador (1, 2, 10, R1, C1, R2, R3, R4), que para frecuencias de la respectiva señal (U1, U2, U3) por debajo y en el intervalo de una frecuencia límite (fg) actúa como filtro de paso bajo (1) con la frecuencia límite (fg) y por encima de la frecuencia límite (fg) como divisor (2) para la respectiva señal (U1, U2, U3), y con el que las salidas de los circuitos de transformador (1, 2, 10, R1, C1, R2, R3, R4) están conectadas a un formador de máximos (3, D1) para formar un máximo (Max) cuantitativo de las salidas del circuito de transformador (1, 2, 10, R1, C1, R2, R3, R4), estando conectado el máximo (Max) con un comparador (4) en el que se compara el máximo (Max) con un valor de referencia (Ref)

La invención se refiere a un circuito protector para un convertidor según la reivindicación 1. El circuito protector sirve para proteger al convertidor o también a un motor conectado con el mismo frente a una destrucción por sobrecarga térmica.

Los motores eléctricos y sus equipos electrónicos de control (convertidores) se hacen funcionar con frecuencia en el límite de su capacidad de potencia, para obtener con un gasto dado (peso, volumen, costes) un máximo de potencia. A este respecto es importante no sobrecalentar el motor eléctrico y su convertidor. Si aumenta la temperatura por encima de un cierto valor límite, entonces se afectan o bien el aislamiento de las espiras del motor eléctrico o bien también los semiconductores de potencia en el convertidor. Esto conduce inmediatamente o también no hasta un cierto tiempo a la destrucción del motor o de su equipo electrónico de control.

Por tanto se conocen ya dispositivos con los que pueden controlarse la temperatura de las espiras de un motor eléctrico o de los semiconductores de potencias en el convertidor. Si aumenta la temperatura por encima de un valor límite, entonces puede reducirse la potencia del motor y puede evitarse un deterioro.

Un control de temperatura de este tipo puede realizarse por medio de un sensor de temperatura. Los sensores de temperatura presentan, sin embargo, una cierta inercia, de modo que con puntas de corriente cortas e intensas puede deteriorarse un motor o convertidor, aún antes de reaccionar un sensor de temperatura. Además, el sensor de temperatura no se encuentra inmediatamente sobre los chips de los semiconductores de potencia, de modo que no puede medirse su temperatura de unión verdadera.

También se conocen dispositivos que no recurren a un sensor de temperatura. Para accionar un motor eléctrico se mide con frecuencia, por medio de un sensor de corriente, la corriente que fluye en las respectivas fases del motor. En caso de resistencias internas conocidas de la fases del motor o de los semiconductores de potencia puede calcularse, a partir de las corrientes medidas, la potencia perdida en las espiras o los semiconductores de potencia. Con un modelo térmico puede cerrarse un circuito entonces en la respectiva temperatura. Mediante la fijación de un límite para la energía perdida generada por intervalo de tiempo pude protegerse el motor y su equipo electrónico de control de manera segura frente al sobrecalentamiento.

Un dispositivo de este tipo se describe en el documento DE 10 2004 022 005 A1 en más detalle. En el modelo usado en ese caso se considera que en caso de estado de parada del motor o en caso de frecuencias de giro muy bajas, las corrientes permitidas máximas en cada fase son claramente más bajas que en caso de frecuencias de giro más altas. El modelo usado puede hacerse reaccionar fácilmente sin embargo sólo en convertidores de frecuencia de este tipo, que pueden producir una cierta potencia de cálculo.

Es objetivo de la invención crear un circuito protector que puede realizarse de manera especialmente fácil para un convertidor, que considera los distintos valores límites para las corrientes de fase del convertidor en caso de diversas frecuencias de giro.

Este objetivo se soluciona mediante un dispositivo con las características de la reivindicación 1. Ciertas formas de realización ventajosas resultan de las características que se mencionan en las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1.

Se describe un circuito protector para un convertidor con varias fases, con el que para cada corriente de fase está conectada una señal proporcional a la respectiva corriente de fase a un circuito de transformador, que por debajo y en el intervalo de una frecuencia límite actúa como filtro de paso bajo con la frecuencia límite y por encima de la frecuencia límite como divisor. Las salidas de este circuito de transformador están conectadas a un formador de máximos para formar el máximo cuantitativo. Este máximo está conectado a un comparador en el que se compara el máximo con un valor de referencia.

Si el máximo se encuentra por encima del valor de referencia, entonces el comparador genera una señal que puede servir, por ejemplo, como señal de desconexión para desconectar el convertidor.

Aunque el circuito protector puede construirse con un equipo electrónico muy sencillo, entonces todavía pueden evaluarse las corrientes de fase dependiendo de su frecuencia (y con ello dependiendo de la frecuencia de giro del motor, que coincide hasta en un factor con la frecuencia de las corrientes de fase). Para frecuencias muy bajas por debajo de la frecuencia límite, las señales proporcionales a las corrientes de fase, gracias a la acción de paso bajo del circuito de transformador, se suministran de manera constante al formador de máximos, mientras que por encima de la frecuencia límite, las señales proporcionales a las corrientes de fase se reducen (se reducen por división) en una razón determinada. Si se diseña el circuito de transformador de manera adecuada, entonces se garantiza que en caso de frecuencias altas por encima de la frecuencia límite se permiten corrientes de fase máximas claramente más altas que en caso de frecuencias por debajo de la frecuencia límite. A este respecto, la frecuencia límite se encuentra normalmente en algunos hercios, por ejemplo en aproximadamente 3 Hz.

Ciertas ventajas adicionales así como detalles de la presente invención resultan de la siguiente descripción de formas de realización preferidas mediante las figuras. A este respecto muestra

la figura 1a una representación esquemática de un circuito protector, la figura 1b una representación esquemática de un circuito protector simplificado, la figura 2 corrientes máximas dependientes de la frecuencia y una función de transferencia del circuito de transformador, la figura 3 un primer ejemplo de realización concreto y la figura 4 un segundo ejemplo de realización concreto. La figura 1a representa esquemáticamente un circuito protector para un convertidor. En su entrada inciden señales U1, U2, U3 proporcionales a las corrientes de fase I1, I2, I3. Estas señales U1, U2, U3 pueden determinarse por ejemplo con sensores de corriente que generan tensiones proporcionales a las corrientes de fase I1, I2, I3.

Cada una de las señales U1, U2, U3 se suministra ahora de manera paralela a un filtro de paso bajo 1 y a un divisor

2. Sendos un filtro de paso bajo 1 y un divisor 2 forman, por tanto, juntos un circuito de transformador.

Todos los filtros de paso bajo 1 y divisores 2 están conectados por el lado de la salida con un formador de máximos 3, que desde todas las salidas determina el valor cuantitativamente más alto como máximo Max y éste se transmite a un comparador 4. Dado que los filtros de paso bajo 1, en caso de frecuencias por debajo de una frecuencia límite, transmiten constantemente las señales U1, U2, U3 proporcionales, mientras que los divisores 2 también en este intervalo reducen las señales U1, U2, U3 proporcionales de manera correspondiente a su razón de divisor, el circuito paralelo de sendos un paso bajo 1 y un divisor 2 actúa en relación con la formación de máximos en el formador de máximos 3 en la zona de frecuencias bajas como un paso bajo. En caso de frecuencias claramente por encima de la frecuencia límite de un paso bajo se amortiguan de manera muy fuerte las señales U1, U2, U3 proporcionales, de modo que en relación con la formación de máximos en el formador de máximos 3 son eficaces los divisores 2. Si se considera el circuito paralelo de paso bajo 1 y divisor 2 como circuito de transformador, entonces éste actúa por tanto en relación con la formación de máximos por debajo y en el intervalo de una frecuencia límite como filtro de paso bajo y por encima de la frecuencia límite como divisor.

El comparador 4 compara el máximo Max con un valor de referencia Ref. Tan pronto como el máximo se encuentre por encima del valor de referencia, el comparador 4 emite una señal de desconexión S que puede servir, por ejemplo, para desconectar el convertidor, o también para una reducción de la potencia emitida por el convertidor, de modo que el valor de referencia Ref se pasa de nuevo a un nivel inferior.

Preferiblemente se reduce el valor de referencia Ref aún a un valor Temp proporcional a una temperatura. Esta temperatura puede ser, por ejemplo, la temperatura de los semiconductores de potencia en el convertidor o de sus disipadores de calor. Pueden consultarse también la temperatura de un motor... [Seguir leyendo]

1. Circuito protector para un convertidor (5) con varias fases (U, V, W), con el que para cada corriente de fase (I1, I2, 13) de las fases (U, V, W) están conectada una señal (U1, U2, U3) proporcional a la respectiva corriente de fase (I1, I2, I3) a un circuito de transformador (1, 2, 10, R1, C1, R2, R3, R4), que para frecuencias de la respectiva señal (U1, U2, U3) por debajo y en el intervalo de una frecuencia límite (fg) actúa como filtro de paso bajo (1) con la frecuencia límite (fg) y por encima de la frecuencia límite (fg) como divisor (2) para la respectiva señal (U1, U2, U3), y con el que las salidas de los circuitos de transformador (1, 2, 10, R1, C1, R2, R3, R4) están conectadas a un formador de máximos (3, D1) para formar un máximo (Max) cuantitativo de las salidas del circuito de transformador (1, 2, 10, R1, C1, R2, R3, R4), estando conectado el máximo (Max) con un comparador (4) en el que se compara el máximo (Max) con un valor de referencia (Ref).

2. Circuito protector según la reivindicación 1, caracterizado por que se genera por el comparador (4) una señal de desconexión (S), cuando la salida (Max) del formador de máximos (3) se encuentra por encima del valor de referencia (Ref).

3. Circuito protector según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que está conectado al comparador (4) un valor (Temp) proporcional a una temperatura, que reduce el valor de referencia (Ref).

4. Circuito protector según la reivindicación 3, caracterizado por que el valor (Temp) proporcional a una temperatura corresponde a una temperatura de componentes, especialmente de semiconductores de potencia en el convertidor (1).

5. Circuito protector según la reivindicación 3, caracterizado por que el valor (Temp) proporcional a una temperatura corresponde a una temperatura en un motor (6) conectado al convertidor (5), especialmente a una temperatura de devanado en el motor (6).

6. Circuito protector según una de las reivindicaciones 1 -5, caracterizado por que el convertidor (5) puede hacerse funcionar con una frecuencia PWM, y por que está conectado al comparador (4) un valor (FPWM) proporcional a la frecuencia PWM, que reduce el valor de referencia (Ref).

7. Circuito protector según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el circuito de transformador (10) se realiza como circuito en serie que actúa dependiendo de la frecuencia a partir de una primera resistencia (R1), un condensador (C1) y una segunda resistencia (R2), encontrándose la salida del circuito de transformador (10) entre la primera resistencia (R1) y el condensador (C1) y actuando este circuito en serie en caso de una frecuencia de la corriente de fase (11, 12, 13) en el intervalo y por debajo de la frecuencia límite (fg) como paso bajo (2) con la frecuencia límite (fg), y actuando por encima de la frecuencia límite (fg) como divisor (1).