CONVERTIDOR DE ENERGÍA.

Un convertidor de energía eléctrica que comprende: - N transformadores que comprenden,

cada uno de ellos, un arrollamiento primario (P N) y un arrollamiento secundario (S N), - un circuito primario (1) unido o conectado a dos terminales o bornes de entrada (2, 3), al cual están conectados los arrollamientos primarios (P N) de los transformadores, - un circuito secundario (4) conectado a dos bornes de salida (5, 6), al cual están conectados los arrollamientos secundarios (SN) de los transformadores, de tal modo que el circuito primario (1) del convertidor comprende un conjunto de medios de conmutación (IN, I'N, IN,1, IN ,2) conectados a los N arrollamientos primarios (P N), caracterizado por que comprende un conjunto de medios de conmutación conectado a los N arrollamientos secundarios (S N), así como medios de mando (7) de los medios de conmutación (IN, I' N, IN,1, IN ,2) de al menos uno de los circuitos primario (1) o secundario (4), de manera que los medios de conmutación (IN, I' N, IN ,1, IN ,2) están conectados de un modo tal, que pueden asociarse los N arrollamientos primarios (P N) en serie y/o en paralelo con los N arrollamientos secundarios (S N), respectivamente en paralelo y/o en serie utilizando los medios de mando (7)

La invención se refiere a un convertidor de energía eléctrica que asocia en serie y/o en paralelo una pluralidad de transformadores.

Se conocen convertidores que asocian transformadores en serie o en paralelo. 5

Así, los documentos US 4.339.704 y US 3.419.786 describen un convertidor que comprende un arrollamiento primario y varios arrollamientos secundarios. El convertidor es alimentado por una tensión alterna. Los arrollamientos secundarios están conectados en paralelo a dos conductores, de tal modo que cada conductor presenta diodos 10 conectados en serie. De esta forma, los dos conductores están conectados o unidos entre sí, entre sus respectivos diodos, por un arrollamiento secundario.

El convertidor que se describe en el documento US 3.419.786 comprende, en cada conductor, N + 1 diodos para N 15 arrollamientos secundarios. Comprende, por otra parte, N interruptores conectados en serie con cada arrollamiento secundario.

El convertidor descrito en el documento US 4.339.704 comprende, en cada conductor, N + 2 diodos conectados en serie, de tal manera que están dispuestos dos diodos entre las conexiones de 20 arrollamientos secundarios sucesivos. N  1 interruptores unen los dos conductores entre dos diodos conectados sucesivamente en serie.

Estos dos convertidores permiten hacer variar la tensión de salida en un valor N, al asociar los arrollamientos secundarios en serie o en paralelo. 25

Estos presentan, sin embargo, el inconveniente de necesitar el uso de numerosos interruptores y no permiten la tolerancia a las averías en el circuito primario. Por otra parte, estos convertidores no pueden funcionar con una tensión continua en la entrada, y la banda o intervalo de variación de la tensión permanece limitado. 30

El convertidor descrito por Rajapandian Allanar y Ned Mohan en una publicación del 6 de junio de 1999 titulada “Convertidor de CC-CC [corriente continua en corriente continua] híbrido de ZVS de intervalo completo con dos puentes completos para una carga de batería de alta potencia” (“Full Load Range ZVS Hybrid DC-DC converter with 35 two full bridges for high power battery charging”), es un convertidor de energía eléctrica híbrido que comprende dos transformadores T1 y T2 y

un conjunto de medios de conmutación Ta+, Ta, Tb+ y Tb. Este convertidor se corresponde con el preámbulo de la reivindicación 1.

Pero este convertidor no puede funcionar con una tensión continua en la entrada y solo es capaz de suministrar una tensión continua a la salida. 5

La invención se propone resolver estos problemas al presentar un convertidor de realización simple que necesita un número reducido de interruptores, a la vez que permite obtener un abanico de variación de la tensión a la salida que es igual o superior, tolerando las averías simples. 10

Además, el convertidor de acuerdo con la invención puede funcionar con una tensión de entrada o de salida continua o alterna.

A este efecto, un primer objeto de la invención es un convertidor de energía eléctrica que comprende:

- N transformadores que comprenden, cada uno de ellos, un 15 arrollamiento primario y un arrollamiento secundario,

- un circuito primario unido o conectado a dos terminales o bornes de entrada, al cual están conectados los arrollamientos primarios de los transformadores,

- un circuito secundario conectado a dos bornes de salida, al 20 cual están conectados los arrollamientos secundarios de los transformadores,

de tal modo que el circuito primario del convertidor comprende un conjunto de medios de conmutación conectados a los N arrollamientos primarios, 25

comprendiendo los convertidores de energía un conjunto de medios de conmutación conectados a los N arrollamientos secundarios, así como medios de mando de los medios de conmutación de al menos uno de los circuitos primario o secundario, de manera que los medios de conmutación están conectados de un modo tal, que pueden asociarse los 30 N arrollamientos primarios en serie y/o en paralelo con los N arrollamientos secundarios, respectivamente en paralelo y/o en serie utilizando los medios de mando.

En una primera variante, el circuito primario comprende un generador de corriente que alimenta los bornes de entrada, y el circuito 35 secundario comprende un generador de tensión conectado en paralelo con los bornes de salida.

En una segunda variante, el circuito primario comprende un generador de tensión conectado en paralelo a los bornes de entrada, y el circuito secundario comprende un generador de corriente conectado a los bornes de salida.

En un modo de realización, cada circuito primario o 5 secundario puede adoptar una de las dos configuraciones duales siguientes:

- la primera configuración comprende dos conductores eléctricos conectados en paralelo entre los bornes de entrada o de salida, de tal modo que cada conductor comprende al menos N + 1 medios de 10 conmutación en serie, estando los dos conductores unidos o conectados entre sí, entre sus medios de conmutación respectivos, por un arrollamiento primario o secundario,

- la segunda configuración comprende N + 1 conductores eléctricos conectados en paralelo entre los bornes de entrada o de salida, 15 de tal manera que cada conductor comprende al menos dos medios de conmutación en serie, estando los conductores unidos o conectados entre sí dos a dos, entre sus medios de conmutación respectivos, por un arrollamiento primario o secundario.

Otro objeto de la invención es un procedimiento de mando 20 de un convertidor de acuerdo con la invención, en el cual el circuito primario presenta la primera configuración.

Este procedimiento comprende las etapas consistentes en desplazar un esquema o patrón de conmutación sucesivamente a lo largo de los pares de medios de conmutación del circuito primario y, para cada 25 par de medios de conmutación, invertir, eventualmente, el estado de uno de los medios de conmutación del par o, sucesivamente, el estado de los dos medios de conmutación del par.

Un par de medios de conmutación corresponde, entonces, a dos medios de conmutación conectados por delante o por detrás de un 30 mismo arrollamiento.

Otros objetos y ventajas se pondrán de manifiesto en el curso de la descripción que sigue, con referencia a los dibujos que se acompañan, proporcionados a título de ejemplos no limitativos, en los cuales: 35

- la Figura 1 representa un esquema de un modo de realización de un convertidor de acuerdo con la invención;

- la Figura 2 representa un esquema de un segundo modo de realización de la invención;

- la Figura 3 representa una variante de la Figura 1;

- la Figura 4 representa un tercer modo de realización de la invención; 5

- la Figura 5 representa una curva de la tensión de entrada en función del tiempo, las Figuras 5a, 5b y 5c representan esquemáticamente las conexiones en serie y/o en paralelo adoptadas por los arrollamientos de los transformadores en función de la tensión representada en la curva de la Figura 5; 10

- las Figuras 6 y 7 ilustran dos modos de conmutación de un convertidor de acuerdo con la invención.

Los convertidores de energía eléctrica de acuerdo con la invención comprenden:

- N transformadores (PN, SN) que comprenden, cada uno de 15 ellos, un arrollamiento primario PN y un arrollamiento secundario SN, siendo N un número entero,

- un circuito primario 1, conectado a dos terminales o bornes de entrada 2, 3, al que están conectados los arrollamientos primarios PN de los transformadores, 20

- un circuito secundario 4, conectado a dos bornes de salida 5, 6, al que están conectados los arrollamientos secundarios SN de los transformadores.

Cada circuito primario 1 y secundario 4 comprende al menos 2N + 2 medios de conmutación IN e I'N. 25

El convertidor comprende, igualmente, medios de mando 7 de los medios de conmutación IN e I'N de al menos uno de los circuitos primario o secundario, de manera que los medios de conmutación están conectados de un modo tal, que pueden asociarse los N arrollamientos primarios o secundarios en serie y/o en paralelo utilizando los medios de 30 mando.

Los...

1. Un convertidor de energía eléctrica que comprende:

- N transformadores que comprenden, cada uno de ellos, un 5 arrollamiento primario (PN) y un arrollamiento secundario (SN),

- un circuito primario (1) unido o conectado a dos terminales o bornes de entrada (2, 3), al cual están conectados los arrollamientos primarios (PN) de los transformadores,

- un circuito secundario (4) conectado a dos bornes de 10 salida (5, 6), al cual están conectados los arrollamientos secundarios (SN) de los transformadores,

de tal modo que el circuito primario (1) del convertidor comprende un conjunto de medios de conmutación (IN, I'N, IN,1, IN,2) conectados a los N arrollamientos primarios (PN), caracterizado por que 15 comprende un conjunto de medios de conmutación conectado a los N arrollamientos secundarios (SN), así como medios de mando (7) de los medios de conmutación (IN, I'N, IN,1, IN,2) de al menos uno de los circuitos primario (1) o secundario (4), de manera que los medios de conmutación (IN, I'N, IN,1, IN,2) están conectados de un modo tal, que 20 pueden asociarse los N arrollamientos primarios (PN) en serie y/o en paralelo con los N arrollamientos secundarios (SN), respectivamente en paralelo y/o en serie utilizando los medios de mando (7).

2. Un convertidor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el circuito primario (1) comprende un generador 25 de corriente que alimenta los bornes de entrada (2, 3), y el circuito secundario (4) comprende un generador de tensión conectado en paralelo con los bornes de salida (5, 6).

3. Un convertidor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el circuito primario (1) comprende un generador 30 de tensión conectado en paralelo a los bornes de entrada (2, 3) y el circuito secundario (4) comprende un generador de corriente conectado a los bornes de salida (5, 6).

4. Un convertidor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que cada circuito primario (1) o secundario (4) 35 puede adoptar una de las dos configuraciones duales siguientes:

- la primera configuración comprende dos conductores

eléctricos (C1, C2) conectados en paralelo entre los bornes de entrada (2, 3) o de salida (5, 6), de tal modo que cada conductor (C1, C2) comprende al menos N + 1 medios de conmutación (IN, I'N) en serie, estando los dos conductores (C1, C2) unidos o conectados entre sí, entre sus medios de conmutación (IN, I'N) respectivos, por un arrollamiento primario (PN) o 5 secundario (SN),

- la segunda configuración comprende N + 1 conductores eléctricos (CN) conectados en paralelo entre los bornes de entrada (2, 3) o de salida (5, 6), de tal manera que cada conductor (CN) comprende al menos dos medios de conmutación (IN,1, IN,2) en serie, estando los 10 conductores (CN) unidos o conectados entre sí dos a dos, entre sus medios de conmutación (IN,1, IN,2) respectivos, por un arrollamiento primario (PN) o secundario (SN).

5. Un convertidor de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado por que, cuando los circuitos primario (1) y 15 secundario (4) presentan la misma configuración, un arrollamiento de cada dos (SN) del circuito secundario está invertido con respecto al arrollamiento correspondiente (PN) del circuito primario, de tal modo que todos los demás arrollamientos (PN, SN) están en el mismo sentido.

6. Un convertidor de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 20 y 4, caracterizado por que, cuando los circuitos primario (1) y secundario (4) presentan configuraciones diferentes, todos los arrollamientos (PN, SN) se encuentran en el mismo sentido.

7. Un convertidor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que los medios de conmutación (IN, I'N, IN,1, IN,2) 25 del circuito secundario (4) y/o del circuito primario (1) son interruptores unidireccionales, o en un solo sentido, o bidireccionales, o en ambos sentidos.

8. Un convertidor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que los medios de mando (7) que gobiernan los 30 medios de conmutación (IN, I'N, IN,1, IN,2) del circuito primario (1) y del circuito secundario (4) son interruptores gobernados, a la vez, en el primario y en el secundario.

9. Un convertidor de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado por que comprende: 35

- un circuito primario (1) que adopta la primera configuración, de tal modo que los dos conductores (C1, C2) del circuito

primario están en paralelo con una capacidad (13);

- un arrollamiento (15) en serie con la capacidad (13);

- un generador de tensión (16), conectado entre los bornes de entrada (2, 3);

- un circuito secundario (4) que adopta la primera 5 configuración, cuyos dos conductores (C1, C2) están en serie con un arrollamiento (8) y en paralelo con una capacidad (9);

de tal manera que los medios de conmutación (IN, I'N) del circuito secundario son diodos.

10. Un convertidor de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 10 a 8, caracterizado por que comprende:

- un circuito primario (1) que adopta la segunda configuración, en el cual los medios de conmutación (IN,1, IN,2) son interruptores unidireccionales en paralelo, cada uno de ellos, con un diodo; 15

- un circuito secundario (4) que adopta la segunda configuración, en el cual los medios de conmutación (IN,1, IN,2) son diodos;

- una capacidad (19) en paralelo con los bornes de salida (5, 6); 20

- un arrollamiento (18) en serie con uno de los bornes de salida (5, 6).

11. Una aplicación del convertidor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, como convertidor de energía dispuesto en un vehículo ferroviario, alimentado por una tensión continua de 1.500 V o 25 3.000 V, o por una tensión alterna de 1.000 V o 1.500 V, de tal modo que dicho convertidor es apto para transformar esta tensión en una tensión apropiada para alimentar unos órganos eléctricos instalados a bordo de este vehículo, caracterizada por que dicho convertidor eléctrico está desprovisto de filtro de entrada. 30

12. Una aplicación del convertidor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, como convertidor encargado de garantizar la función de tracción de un vehículo ferroviario, alimentado por una tensión alternativa de 15.000 V o 25.000 V, de tal manera que dicho convertidor es apto para transformar esta tensión en una tensión 35 apropiada para alimentar unos órganos eléctricos instalados a bordo de este vehículo, caracterizada por que dicho convertidor eléctrico está

desprovisto de transformador de baja frecuencia y alta tensión de entrada.

13. Un procedimiento de mando de un convertidor de acuerdo con la reivindicación 4 o con una de las reivindicaciones 5 a 9 cuando estas son dependientes de la reivindicación 4, en el cual el circuito 5 primario presenta la primera configuración, de manera que un par de medios de conmutación se corresponden a dos medios de conmutación conectados antes o después de un mismo arrollamiento, caracterizado por que comprende las etapas consistentes en desplazar un esquema o patrón de conmutación sucesivamente a lo largo de los pares de medios 10 de conmutación del circuito primario y, para cada par de medios de conmutación, invertir eventualmente el estado de uno de los medios de conmutación del par o, sucesivamente, el estado de los dos medios de conmutación del par.