Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) destinado a controlar una carga eléctrica (3) que incorpora varias fases,

estando destinado el puente de potencia (1) a unirse con la carga eléctrica (3) a través de varios brazos (B1, ..., B3), al menos uno por fase, y estando destinado a ser gobernado mediante funciones de conmutación (SC1, SC2, SC3), determinando dichas funciones de conmutación vectores de control (\vec{V}0, ..., \vec{V}7) para controlar la carga, subdividiéndose dichos vectores de control (\vec{V}0, ..., \vec{V}7) en vectores de control de libre circulación (\vec{V}0, \vec{V}) y en vectores de control activos (\vec{V}1, ..., \vec{V}6), incluyendo dicho procedimiento la aplicación de un procedimiento de producción de funciones de conmutación que produce un reducido número de combinaciones de funciones de conmutación correspondientes a vectores de control de libre circulación (\vec{V}0, \vec{V}7) para producir una sucesión de vectores de control, caracterizado porque dicho procedimiento de producción de funciones de conmutación comprende una etapa de selección de al menos dos brazos de puente susceptibles de ser bloqueados en función de una relación de orden y una etapa de bloquear, durante todo un periodo de troceo (Ts) del puente de potencia (1), uno de dichos al menos dos brazos de puente susceptibles de ser bloqueados.

Procedimiento de control de un ondulador de tensión polifásico.

Campo de la invención

La invención se refiere a un procedimiento de mando de un puente de potencia destinado a controlar una carga eléctrica que incorpora varias fases, estando destinado el puente de potencia a unirse con la carga eléctrica a través de varios brazos, al menos uno por fase, y estando destinado a ser gobernado mediante funciones de conmutación, determinando dichas funciones de conmutación vectores de control para controlar la carga, subdividiéndose dichos vectores de control en vectores de control de libre circulación y en vectores de control activos.

La presente invención tiene aplicaciones particularmente ventajosas, aunque no exclusivas, en los campos del sector del automóvil, del sector aeronáutico, del sector industrial.

Una finalidad de la invención es reducir las pérdidas en un ondulador de tensión polifásico.

La invención tiene asimismo por finalidad conservar un control de la carga polifásica aguas abajo del ondulador, reduciendo al propio tiempo las pérdidas por conmutación del ondulador.

Estado de la técnica

Generalmente, se utiliza un puente de potencia de tensión polifásico para el accionamiento de una carga eléctrica polifásica. Estas cargas eléctricas son, por ejemplo, máquinas reversibles tales como alterno-arrancadores. El puente va unido aguas arriba a una fuente de alimentación continua e interconectado aguas abajo con los arrollamientos de fase de la carga polifásica. El puente de potencia se alimenta con energía mediante la fuente de alimentación continua en modalidad motor y mediante el alterno-arrancador en modalidad alternador.

El puente de potencia incorpora varios brazos de puente que incorporan cada uno de ellos, por ejemplo, dos interruptores dotados de diodos de libre circulación. Este tipo de puente es un puente de dos niveles. El punto medio de cada par de interruptores de un mismo brazo de puente va unido a un arrollamiento de fase de la carga.

La lógica de control permite controlar los interruptores de un mismo brazo de puente.

Actualmente, se pueden generar varias combinaciones de los interruptores de los brazos de puente a los que se puede asociar una representación vectorial de las tensiones de salida del ondulador que se denominarán vectores de control del puente de potencia. Estos vectores de control se componen de vectores activos y de vectores de libre circulación.

En el estado de la técnica, se conocen diferentes tipos de técnicas de mando de un ondulador polifásico, entre los que se encuentra el documento "A. M. Hava, R. J. Kerkman, y T. A. Lipo. A high performance generalized discontinuous pwm algorithm. IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 34 (Nº 5), Septiembre/Octubre de 1998". Este documento describe técnicas de mando, que utilizan en particular estrategias de modulación de anchura de impulsos discontinuos, que comandan, por una parte, la parte aguas abajo del puente de potencia y, por otra parte, el puente propiamente dicho.

Estas técnicas de mando bloquean alternativamente uno de los brazos de puente del puente de potencia. Para este propósito, en función de la estrategia de modulación de anchura de impulsos empleada, se determina una cantidad de neutro para cada desfase tensión-corriente de una fase de la carga. Para cada fase de la carga, una moduladora es determinada y trasladada mediante adición de una cantidad de neutro. Con estas técnicas de mando, un brazo de puente es bloqueado cuando su moduladora se satura a +1 o -1.

Tales técnicas de mando presentan inconvenientes. En efecto, no es posible determinar la cantidad de neutro que hay que añadir a las moduladoras cuando el sistema no se halla en régimen permanente. Además, en régimen permanente, esta cantidad de neutro bien se calcula en línea, lo que precisa de un tiempo de cálculo bastante largo, o bien se encuentra tabulada, lo que conlleva un considerable consumo de memoria.

Además, para estas técnicas de mando del citado estado de la técnica, es necesario el conocimiento del desfase tensión-corriente de la carga polifásica. Ahora bien, el cálculo o la medición de este desfase es muy complejo de poner en práctica.

Igualmente, la implantación digital de estas técnicas plantea problemas de realización. En efecto, en su implantación, hay que tener en cuenta, por una parte, los numerosos puntos de funcionamiento de la carga polifásica (por ejemplo, motor, alternador, arrancador a diferentes velocidades y par de un alterno-arrancador) para aplicar una óptima cantidad de neutro correspondiente; y, por otra parte, distintas estrategias correspondientes a cada cantidad de neutro aplicada. El algoritmo que permite realizar la implantación digital es, así, de puesta en práctica lenta y engorrosa.

Por el documento US5.706.186, se conoce un procedimiento que gobierna un puente de potencia destinado a controlar una carga eléctrica que incorpora varias fases. El puente de potencia va unido a la carga eléctrica a través de varios brazos, al menos uno por fase, y es gobernado mediante funciones de conmutación. Estas funciones de conmutación determinan vectores de control para controlar la carga, subdividiéndose los vectores de control en vectores de control de libre circulación y en vectores de control activos. Además, este procedimiento incluye la aplicación de un procedimiento de producción de funciones de conmutación que produce un reducido número de combinaciones de funciones de conmutación correspondientes a vectores de control de libre circulación para producir una sucesión de vectores de control. Se obtiene así una reducción de las pérdidas de conmutación.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento de mando de un puente de potencia según está definido por la reivindicación 1. El procedimiento de la invención recurre a un procedimiento de producción de funciones de conmutación.

El procedimiento de la invención permite de hecho bloquear un brazo de puente en un estado dado y, por lo tanto, reducir las pérdidas por conmutación inducidas en el mismo si se hubiera hecho que conmute en el transcurso del período de troceo. El procedimiento faculta la elección entre dos brazos de puente para bloquear. Al elegir, en determinadas zonas, el brazo de puente bloqueable en el que la corriente es máxima en valor absoluto, se efectúa una elección óptima que permite tener una ganancia máxima en cuanto a pérdidas por conmutación.

Según realizaciones no limitativas, el procedimiento según la invención incorpora las siguientes características suplementarias, consideradas aislada o conjuntamente:

- El procedimiento de producción de funciones de conmutación incluye una etapa de determinación de una moduladora asociada a cada brazo del puente a partir de consignas de tensión escalares.

- La determinación de una moduladora se efectúa según una estrategia de intersección. Así, el cálculo de las moduladoras mediante una estrategia de tipo intersección es el más natural, pues hay entonces una relación simple, fácilmente realizable en un procesador de señales.

- La determinación de una moduladora se efectúa según una estrategia baricéntrica. Buen número de variadores actuales ya calculan las moduladoras de esta forma. Se puede entonces, de manera natural y rápida, adaptar el procedimiento a lo que existe en la lógica de control existente.

- La relación de orden es una comparación entre las moduladoras asociadas a los brazos de puente.

- Los brazos de puente seleccionados corresponden a los brazos de puente que tienen la mayor moduladora y la menor moduladora.

- El brazo de puente que se va a bloquear se elige de entre los brazos de puente seleccionados y es el que incorpora la corriente de fase de mayor valor absoluto de entre las corrientes de fase respectivamente correspondientes a la más grande de las moduladoras y la más pequeña de las moduladoras de entre las moduladoras asociadas a los brazos de puente. Así, el establecimiento de una relación de orden entre las moduladoras y las comparaciones de corrientes en valor absoluto son cálculos elementales, simples en su puesta en práctica en un procesador de señales. Estos permiten, de hecho, determinar con exactitud el brazo de puente óptimo de bloquear para economizar el máximo de pérdidas por conmutación.

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1. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) destinado a controlar una carga eléctrica (3) que incorpora varias fases, estando destinado el puente de potencia (1) a unirse con la carga eléctrica (3) a través de varios brazos (B1, ..., B3), al menos uno por fase, y estando destinado a ser gobernado mediante funciones de conmutación (SC1, SC2, SC3), determinando dichas funciones de conmutación vectores de control (\vec{V}₀, ..., \vec{V}₇) para controlar la carga, subdividiéndose dichos vectores de control (\vec{V}₀, ..., \vec{V}₇) en vectores de control de libre circulación (\vec{V}₀, \vec{V}₇) y en vectores de control activos (\vec{V}₁, ..., \vec{V}₆), incluyendo dicho procedimiento la aplicación de un procedimiento de producción de funciones de conmutación que produce un reducido número de combinaciones de funciones de conmutación correspondientes a vectores de control de libre circulación (\vec{V}₀, \vec{V}₇) para producir una sucesión de vectores de control, caracterizado porque dicho procedimiento de producción de funciones de conmutación comprende una etapa de selección de al menos dos brazos de puente susceptibles de ser bloqueados en función de una relación de orden y una etapa de bloquear, durante todo un periodo de troceo (Ts) del puente de potencia (1), uno de dichos al menos dos brazos de puente susceptibles de ser bloqueados.

2. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque el procedimiento de producción de funciones de conmutación incluye una etapa de determinación de una moduladora (mod1, mod2, mod3) asociada a cada brazo del puente (B1, B2, B3) a partir de consignas de tensión escalares (V1^*, V2^*, V3^*), porque la determinación de una moduladora se efectúa según una estrategia de intersección o una estrategia baricéntrica.

3. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) según la reivindicación precedente, caracterizado porque la relación de orden es una comparación entre las moduladoras (mod1, mod2, mod3) asociadas a los brazos (B1, B2, B3) de puente.

4. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) según la reivindicación precedente 2 ó 3, caracterizado porque los brazos de puente seleccionados corresponden a los brazos de puente que tienen la mayor moduladora (mod_M) y la menor moduladora (mod_m).

5. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) según la reivindicación precedente 2 ó 4, caracterizado porque el brazo de puente que se va a bloquear se elige de entre los brazos de puenseleccionados y es el que incorpora la corriente de fase (I_M, I_m) mayor en valor absoluto de entre las corrientes de fase respectivamente correspondientes a la mayor de las moduladoras (mod_M) y la menor de las moduladoras (mod_m) de entre las moduladoras (mod1, mod2, mod3) asociadas a los brazos de puente (B1, B2, B3).

6. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) según la reivindicación precedente, caracterizado porque, si el brazo de puente que se va a bloquear es el que corresponde a la mayor de las moduladoras, entonces el brazo de puente es bloqueado en estado alto y, si el brazo de puente que se va a bloquear es el que corresponde a la menor de las moduladoras, entonces el brazo de puente es bloqueado en estado bajo.

7. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) según una de las reivindicaciones precedentes 2 a 6, caracterizado porque el procedimiento de producción de las funciones de conmutación incluye además una etapa de determinar una cantidad de neutro (V_n0) que ha de añadirse a una moduladora en función de un estado alto o bajo de un brazo de puente que se va a bloquear.

8. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) según la reivindicación precedente, caracterizado porque:

- si un brazo (Bj) se tiene que bloquear en estado alto, entonces la cantidad de neutro (v_n0) es igual a un primer valor máximo (Máx) menos la moduladora asociada a dicho brazo (v_n0 = Máx - mod_j), y

- si el brazo (Bj) se tiene que bloquear en estado bajo, entonces la cantidad de neutro (v_n0) es igual a un segundo valor mínimo (Mín) menos la moduladora asociada a dicho brazo (v_n0o = Mín - mod_j).

9. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) según una de las reivindicaciones precedentes 2 a 8, caracterizado porque el procedimiento de producción de funciones de conmutación incluye una etapa de comparación de moduladoras trasladadas una cantidad de neutro con una portadora simple, asociándose una moduladora a cada brazo de puente, definiendo dicha comparación funciones de conmutación (SC) para gobernar dicho puente.

10. Procedimiento según la reivindicación precedente, caracterizado porque la portadora simple es un triángulo isósceles que incorpora un vértice que se encuentra a un valor máximo (Máx) y una base que se encuentra a un valor mínimo (Mín).

11. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) según una de las reivindicaciones precedentes 2 a 10, caracterizado porque la etapa de bloqueo de un brazo de puente es función de la posición de un vector tensión de consigna (\vec{V}^*) en un dominio del plano determinado por vectores de control (\vec{V}₀, ..., \vec{V}₇), siendo determinado el vector tensión de consigna (\vec{V}^*) a partir de consignas de tensión escalares (V1^*, V2^*, V3^*).

12. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) según la reivindicación precedente, caracterizado porque el dominio del plano queda definido en una marca de referencia estatórica, subdividiéndose dicha marca de referencia estatórica en sectores angulares (SA) y porque la etapa de bloqueo de un brazo de puente en un estado alto o un estado bajo es función de la posición del vector tensión de consigna (\vec{V}^*) en uno de los sectores angulares (SA).

13. Procedimiento según la reivindicación precedente, caracterizado porque:

- si el vector tensión de consigna (\vec{V}^*) se halla en un primer sector angular (SA1), entonces el primer brazo (B1) es bloqueado en estado alto,

- si el vector tensión de consigna (\vec{V}^*) se halla en un segundo sector angular (SA2), entonces el tercer brazo (B3) es bloqueado en estado bajo,

- si el vector tensión de consigna (\vec{V}^*) se halla en un tercer sector angular (SA3), entonces el segundo brazo (B2) es bloqueado en estado alto,

- si el vector tensión de consigna (\vec{V}^*) se halla en un cuarto sector angular (SA4), entonces el primer brazo (B1) es bloqueado en estado bajo,

- si el vector tensión de consigna (\vec{V}^*) se halla en un quinto sector angular (SA5), entonces el tercer brazo (B3) es bloqueado en estado alto,

- si el vector tensión de consigna (\vec{V}) se halla en un sexto sector angular (SA6), entonces el segundo brazo (B2) es bloqueado en estado bajo.

14. Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) según una de las reivindicaciones precedentes 1 a 13, caracterizado porque la etapa de bloqueo de un brazo de puente es función de un vector corriente (\vec{V}^*).