DISPOSITIVO PARA LA TRANSFORMACIÓN DE UNA CORRIENTE ELÉCTRICA.

Dispositivo (1) para la transformación de una corriente eléctrica con módulos de fases (2a,

2b, 2c), que presentan, respectivamente, una conexión de tensión alterna (31, 32, 33) y al menos una conexión de tensión continua (p, n), en el que entre cada conexión de tensión continua (p, n) está configurada al menos una inductividad (Lkr) y entre cada conexión de tensión alterna (31, 32, 33) está configurada una derivación del módulo de fases (6p1, 6p2, 6p3, 6n1, 6n2, 6n3) y en el que cada derivación del módulo de fases (6p1, 6p2, 6p3, 6n1, 6n2, 6n3) dispone de un circuito en serie formado por submódulos (7), que presentan en cada caso un acumulador de energía (8) y al menos un semiconductor de potencia (T1, T2) con medios de regulación (10; 9p1, 9p2, 9p3, 9n1, 9n2, 9n3) para la regulación del dispositivo, caracterizado porque las inductividades (Lkr) están seleccionadas tan grandes que a través de los medios de regulación (10; 9p1, 9p2, 9p3, 9n1, 9n2, 9n3) se posibilita una regulación de corrientes circulares, que, si las tensiones entre los módulos (2a, 2b, 2c) son desiguales, fluyen sobre los módulos de fases (2a, 2b, 2c) y entre los módulos de fases (2a, 2b, 2c).

Dispositivo para la transformación de una corriente eléctrica La invención se refiere a un dispositivo para la transformación de una corriente eléctrica con al menos un módulo de fases, que presenta una conexión de tensión alterna y al menos una conexión de tensión continua, en el que entre cada conexión de tensión continua está configurada al menos una inductividad así como entre cada conexión de tensión alterna está configurada una derivación del módulo de fases, y en el que cada derivación del módulo de fases dispone de un circuito en serie formado por submódulos, que presentan en cada caso un acumulador de energía y al menos un semiconductor de potencia, con medios de regulación para la regulación del dispositivo.

Un dispositivo de este tipo se conoce ya, por ejemplo, a partir del artículo de A. Lesnicar y R. Marquardt “An Innovative Modular Multilevel Converter Topology Suitable for a Wide Power Range”, que fue publicado en Powertech 2003. Allí se publica un rectificador de corriente, que está previsto para una conexión en una red de tensión alterna. El rectificador de corriente presenta para cada fase de la red de tensión alterna a conectar con él un módulo de fases, en el que cada módulo de fases dispone de una conexión de tensión alterna así como de dos conexiones de tensión continua. Entre cada conexión de tensión continua y la conexión de tensión alterna se extienden derivaciones del módulo de fases, de manera que se prepara un llamado circuito de puente de 6 impulsos. Las derivaciones del módulo están constituidas por un circuito en serie de submódulos, que están constituidos, respectivamente, por dos semiconductores de potencia que se pueden desconectar, en paralelo con los cuales están conectados en cada caso unos diodos de marcha libre en sentido opuesto. Los semiconductores d potencia que se pueden desconectar y los diodos de marcha libre están conectados en serie, de manera que en paralelo con dicho circuito en serie está previsto un condensador. Dichos componentes de los submódulos están conectados entre sí de tal forma que en la salida de dos polos de cada submódulo o bien la tensión del condensador o la tensión caen a cero.

El control de los semiconductores de potencia que se pueden desconectar se realiza por medio de la llamada modulación de la anchura del impulso. Los medios de regulación para el control de los semiconductores de potencia presentan sensores de medición para la detección de corrientes con la obtención de valores de la corriente. Los valores de la corriente son alimentados a una unidad de control central, que presenta una interfaz de entrada y una interfaz de salida. Entre la interfaz de entrada y la interfaz de salida está previsto un módulo, es decir, un a rutina de software. El modulador presenta, entre otras cosas, una unidad de selección así como un generador de la anchura del impulso. El generador de la anchura del impulso genera las señales de control para los submódulos individuales. Los semiconductores de potencia que se pueden desconectar son transferidos a través de las señales de control generadas por medio del generador de la anchura del impulso desde una posición de transición, en la que se posibilita un flujo de corriente a través de los semiconductores de potencia que se pueden desconectar, hasta una posición de bloqueo, en la que se interrumpe un flujo de corriente a través de los semiconductores de potencia que se pueden desconectar. En este caso, cada submódulo presenta un sensor de submódulo para la detección de una tensión que cae en el condensador.

Se conocen otras contribuciones al procedimiento de control para una llamada topología de rectificador de corriente de niveles múltiples de R. Marquardt. A. Lesnicar, J. Hildinger, “Modulares Stromrichterkonzept für Netzkupplungsanwendung bei hohen Spannungen”, publicado en la Conferencia ETG celebrada en Bad Nauenheim, Alemania 2002, de A. Lesnicar, R. Marquardt, “A neu modular voltaje source inverter topology”, EPE'03 Toulouse, Francia 2003 y de R. Marquardt, A. Lesnicar “New Concept for High Voltaje – Modular Multilevel Converter”, Conferencia PESC 2004 celebrada en Aachen, Alemania.

Se conoce a partir del documento EP1927183 (DE 10 2005 045 090.3) que cae bajo el Artículo (5463) EPÜ un procedimiento para el control de un rectificador de corriente de varias fases con acumuladores de energía distribuidos. El dispositivo publicado presenta de la misma manera una topología de rectificador de corriente de niveles múltiples con módulos de fases, que disponen de una conexión de tensión alterna dispuesta simétricamente en el centro de cada módulo de fases y dos conexiones de tensión continua. Cada módulo de fases está compuesto por dos derivaciones de módulos de fases, que se extienden entre la conexión de tensión alterna y una de las conexiones de tensión continua. Cada derivación de módulo de fases comprende de nuevo un circuito en serie formado por submódulos, de manera que cada submódulo está constituido por semiconductores de potencia que se pueden desconectar y por diodos de marcha libre que están conectados antiparalelos a éstos. Además, cada submódulo dispone de un condensador unipolar. Para la regulación de los semiconductores de potencia sirven unos medios de regulación, que están instalados para el ajuste de corrientes de derivación, que circulan entre los módulos de fases. A través del control de las corrientes de derivación se pueden atenuar activamente, por ejemplo, las oscilaciones de la corriente y se pueden evitar puntos de funcionamiento con frecuencias de salida más pequeñas. Además, se puede realizar una carga uniforme de todos los conmutadores de semiconductores que se pueden desconectar así como una simetría de tensiones fuertemente asimétricas.

Los submódulos de los módulos de fases generan en cada caso tensiones de salida discretas, de manera que en el caso de relaciones desiguales de la tensión entre los módulos de fases se pueden provocar corrientes circulares entre los módulos de fases individuales. Estas corrientes circulares dependen, además de la frecuencia de conmutación, con la que se conectan los semiconductores de potencia, de la relación entre las tensiones aplicadas y las inductividades dentro de la trayectoria de la corriente. En el caso de frecuencias de conmutación bajas por debajo de 200 Hz, las corrientes circulares, en el caso de inductividades pequeñas, apenas se pueden dominar con la técnica de regulación y no inevitables.

El documento DE 43 41 868 A1 describe un convertidor con módulos de fases, que presentan, respectivamente, dos conexiones de tensión continua así como una conexión de tensión alterna. Entre la conexión de tensión alterna y cada conexión de tensión continua se extiende una válvula de corriente o derivación del módulo de fases, que está constituida por un circuito en serie de semiconductores de potencia que se pueden desconectar, de manera que en paralelo con cada semiconductor de potencia que se puede desconectar está conectado en el lado opuesto un diodo de marcha libre. Además, cada módulo de fases presenta una bobina de reactancia.

El documento DE 224 56 80 publica un convertidor conectado en la red, que presenta tres convertidores individuales conectados en paralelo, que están acoplados entre sí a través de líneas de conexión. En estas líneas de conexión están dispuestas unas inductividades. Una corriente que fluye entre los convertidores individuales se designa como corriente circular.

El documento DE 33 35 222 A1 describe un procedimiento para la activación de un convertidor El cometido de la invención es preparar un dispositivo del tipo mencionado al principio, con el que se pueden controlar y reducir selectivamente las corrientes circulares.

Este cometido se soluciona de acuerdo con la invención porque la inductividad está seleccionada tan grande que a través de los medios de regulación se posibilita una regulación de corrientes circulares, que en el caso de relaciones desiguales de la tensión entre los módulos de fases circulan a través y entre los módulos de fases. De acuerdo con la invención, cada módulo de fases presenta al menos una inductividad. Las inductividades están instaladas de tal forma que se posibilita una regulación selectiva de las corrientes circulares a través de los medios de regulación. Con otras palabras, las inductividades están adaptadas a las condiciones presentes en cada caso, como la tensión continua existente, la tensión alterna existente, y similares. La regulación predetermina valores teóricos deseados de la tensión... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (1) para la transformación de una corriente eléctrica con módulos de fases (2a, 2b, 2c) , que presentan, respectivamente, una conexión de tensión alterna (31, 32, 33) y al menos una conexión de tensión continua (p, n) , en el que entre cada conexión de tensión continua (p, n) está configurada al menos una inductividad 5 (Lkr) y entre cada conexión de tensión alterna (31, 32, 33) está configurada una derivación del módulo de fases (6p1, 6p2, 6p3, 6n1, 6n2, 6n3) y en el que cada derivación del módulo de fases (6p1, 6p2, 6p3, 6n1, 6n2, 6n3) dispone de un circuito en serie formado por submódulos (7) , que presentan en cada caso un acumulador de energía (8) y al menos un semiconductor de potencia (T1, T2) con medios de regulación (10; 9p1, 9p2, 9p3, 9n1, 9n2, 9n3) para la regulación del dispositivo, caracterizado porque las inductividades (Lkr) están seleccionadas tan grandes que a través de los medios de regulación (10; 9p1, 9p2, 9p3, 9n1, 9n2, 9n3) se posibilita una regulación de corrientes circulares, que, si las tensiones entre los módulos (2a, 2b, 2c) son desiguales, fluyen sobre los módulos de fases (2a, 2b, 2c) y entre los módulos de fases (2a, 2b, 2c) .

2. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la derivación del módulo de fases (6p1, 6p2, 6p3, 6n1, 6n2, 6n3) está conectada a través de una inductividad (Lkr) con la conexión de tensión alterna (31, 32, 15 33) .

3. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las inductividades (Lkr) de un módulo de fases (2a, 2b, 2c) están acopladas entre sí.

4. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque las inductividades (Lkr) están acopladas entre sí a través del aire.

5. Dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque las inductividades (Lkr) están acopladas entre sí a través de un núcleo de hierro.