DISPOSITIVO DE SEPARACIÓN PARA UN SEMICONDUCTOR DE TENSIÓN Y PROCEDIMIENTO DE FUNCIONAMIENTO DEL MISMO, MÓDULO DE POTENCIA Y MONTAJE DEL SISTEMA.

Dispositivo de desconexión (6) para un semiconductor de potencia (4) con n conexiones de potencia (8a-c) para una red de potencia (2),

con - n conexiones del módulo (14a-c) las cuales pueden estar conectadas a las conexiones de potencia (8a-c) - n conexiones de red (16a-c) las cuales pueden estar conectadas a la red de potencia (12) - n líneas de conexión (18a-c) que conectan cada módulo de conexión (14a-c) con cada conexión de red (16a-c) y que contiene un interruptor de sobre corriente (20a-c) - un control de disparo (22a-c) conectado a los interruptores de sobre corriente (20a-c), que contiene - un detector (24a-c, 28) para detectar la caída de por lo menos el primero de los interruptores de sobre corriente (20a-c), - un conjunto de disparo (26a-c, 30a-c, 32a-c) para disparar por lo menos el segundo de los interruptores de sobre corriente (20a-c)

Las instalaciones de sistemas eléctricos en los cuales se conmutan altas tensiones o corrientes actualmente están equipadas con los denominados módulos de potencia. Una instalación del sistema es por ejemplo un generador de potencia de alas. Un módulo de potencia contiene uno o una pluralidad de semiconductores de potencia, por ejemplo en forma de un medio puente de transistor bipolar de puerta aislada (IGBT). Debido a la destrucción o al fallo de un módulo de su potencia individual, puede ocurrir por ejemplo un cortocircuito o un fallo en tierra desde el módulo de potencia hasta la tierra del sistema. En el caso de un fallo de un módulo de potencia correspondiente, actualmente es conocido desconectar la instalación del sistema y a continuación quitar el módulo de potencia destruido y sustituirlo o repararlo. Después de la inserción de un módulo de potencia libre de fallos, la instalación del sistema se pone en funcionamiento otra vez. Un fallo de este tipo de un módulo de potencia por lo tanto conduce a una interrupción repentina o inesperada o a un fallo en el funcionamiento de la instalación del sistema y por lo tanto a unos costes considerables.

Muchas instalaciones del sistema tienen una pluralidad de módulos de potencia los cuales generalmente están en paralelo a fin de aumentar la potencia global del sistema. Si, en el caso de por ejemplo un paralelismo masivo, falla un módulo de potencia individual, la potencia del sistema realmente únicamente fallará ligeramente. A pesar de la posibilidad de módulos de potencia paralelos o redundantes intactos, sin embargo, el funcionamiento de la instalación no se puede mantener por ejemplo en el caso de un cortocircuito en un módulo defectuoso individual. La instalación completa se debe desconectar debido a un módulo de potencia defectuoso individual.

Es el objeto de la invención especificar un dispositivo y un procedimiento mejorados a fin de superar las desventajas anteriormente mencionadas.

Con respecto al dispositivo, el objeto se consigue por medio de un dispositivo de desconexión el cual se utiliza como una resistencia de compensación para un semiconductor de potencia o un módulo de potencia pertinente y puede ser accionado junto con el mismo. Un semiconductor de potencia de este tipo tiene un número n de conexiones de potencia, por medio de las cuales puede ser conectado a una red de potencia. Si el semiconductor de potencia es por ejemplo un semi puente, éste tiene tres conexiones, esto es una conexión "+" y una conexión "-" para un circuito intermedio de corriente continua y una conexión de "corriente alterna" para una fase de una red de corriente alterna.

El dispositivo de desconexión por lo tanto tiene un número correspondiente de n conexiones del módulo, las cuales pueden ser conectadas a las conexiones de potencia del semiconductor de potencia y n conexiones de red, las cuales pueden ser conectadas a la red de potencia. Además, el dispositivo de desconexión tiene n líneas de conexión, de las cuales cada una conecta una conexión de red en cada caso a una conexión del módulo en cada caso. Cada línea de conexión contiene un interruptor de sobre corriente.

El dispositivo de desconexión contiene un control de disparo conectado a por lo menos dos, generalmente, sin embargo, a todos los interruptores de sobre corriente. El control de disparo contiene un detector para detectar el fallo de por lo menos el primero de los interruptores y un conjunto de disparo para disparar por lo menos un segundo de los interruptores de sobre corriente.

En otras palabras, el dispositivo de desconexión por lo tanto puede ser de n polos conectados entre una red de potencia y un semiconductor de potencia. Cada polo está protegido en este caso por medio de un interruptor de sobre corriente, es decir en el caso de un interruptor intacto, los correspondientes polos están conectados a través de, en el caso de un interruptor disparado o caído, la respectiva conexión de potencia del semiconductor de potencia del polo correspondiente de la red de potencia se desconecta. El detector supervisa los fallos de los interruptores de sobre corriente. El conjunto de disparo se utiliza para el disparo de forma dirigida de los interruptores de sobre corriente.

El dispositivo de desconexión según la invención ofrece la ventaja de que el detector observa una caída de un interruptor el cual señala un fallo en el semiconductor de potencia. Por medio del conjunto de disparo, el control de disparo puede disparar por lo menos interruptores pertinentes, los cuales desconectan de la red de potencia otras, o las restantes, conexiones de potencia del semiconductor de potencia las cuales son defectuosas o causan problemas en la red de potencia conectada. La red de potencia, después del disparo del interruptor, en lo sucesivo deja de estar cargada por el semiconductor de potencia por ejemplo debido a un cortocircuito o a un fallo de tierra y puede ser accionado adicionalmente. Con la ayuda del dispositivo de desconexión por lo tanto se puede mantener globalmente un funcionamiento por lo menos limitado de la red de potencia, incluso aunque falle el semiconductor de potencia.

Por medio de la invención, por lo tanto es posible evitar la interrupción en el funcionamiento en una instalación del sistema, para ahorrar costes y proteger un funcionamiento adicional de la instalación del sistema la cual no está influida por el fallo. Particularmente en el caso de instalaciones de generación de energía, tal como por ejemplo generadores eólicos, esto es una ventaja considerable.

En una configuración preferida de la invención, el conjunto de detector o de disparo en cada caso está asignado a todos los interruptores de sobre corriente. El dispositivo de desconexión por lo tanto tiene una opción de diagnosis completa en el primer caso y en el segundo caso también una capacidad de control completa para la desconexión de cualquier conexión o todas las conexiones de potencia deseadas del semiconductor de potencia de la red de potencia. Si es necesario, el semiconductor de potencia entero de esta manera puede ser desconectado completamente de la red de potencia, esto es de todas las n conexiones.

En una forma de realización preferida adicional de la invención, el interruptor de sobre corriente es un interruptor de fusible. Principalmente, el dispositivo de desconexión también puede estar construido con dispositivos de interrupción automáticos. Sin embargo, particularmente en el caso de instalaciones del sistema masivamente en paralelo, tal como por ejemplo una instalación de energía eólica con muchos módulos de potencia en paralelo, esto conduce a unos costes considerables. Un interruptor de fusible por el contrario no es caro, razón por la cual el dispositivo de desconexión entero se hace más barato.

En el caso de un dispositivo de interrupción automático, podría ser concebible un conjunto de disparo el cual accione un mecanismo de disparo en el interruptor. Particularmente en relación con el interruptor de fusible, el conjunto de disparo está construido en una forma de realización preferida adicional de tal manera que, sin embargo, a fin de disparar un interruptor de sobre corriente, carga el mismo de una manera de forma dirigida con una sobre corriente suministrada al interruptor en el circuito de potencia o de interrupción. Por medio del conjunto de disparo, una sobre corriente que conduce a su disparo es suministrada por lo tanto de forma conocida al interruptor en su circuito de potencia real. Incluso una sobre corriente de este tipo puede ser generada simplemente y de forma no cara por medio de un conjunto de disparo y por lo tanto reduce los costes del dispositivo de desconexión. En el caso del dimensionado del conjunto de disparo, es importante que el factor i2t el cual puede ser generado de forma mínima por el dispositivo de desconexión sea mayor que el factor máximo permitido i2t del interruptor que se va a destruir.

Para el propósito del suministro de sobre corriente, en una configuración ventajosa, el conjunto de disparo tiene una línea de disparo, la cual está conectada al circuito de corriente, esto es directamente al interruptor de sobre corriente. La línea de disparo es de alta resistencia en reposo y se puede conmutar a una baja resistencia para el disparo, la línea de disparo conectando el interruptor de sobre corriente a una fuente de tensión. En otras palabras, en un dispositivo de desconexión de este tipo, se produce una conexión conmutada a una fuente de tensión, la cual se cierra si es necesario a fin de enviar una corriente de disparo... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de desconexión (6) para un semiconductor de potencia (4) con n conexiones de potencia (8a-c) para una red de potencia (2), con

- n conexiones del módulo (14a-c) las cuales pueden estar conectadas a las conexiones de potencia (8a-c) -n conexiones de red (16a-c) las cuales pueden estar conectadas a la red de potencia (12) -n líneas de conexión (18a-c) que conectan cada módulo de conexión (14a-c) con cada conexión de red

(16a-c) y que contiene un interruptor de sobre corriente (20a-c) -un control de disparo (22a-c) conectado a los interruptores de sobre corriente (20a-c), que contiene -un detector (24a-c, 28) para detectar la caída de por lo menos el primero de los interruptores de sobre

corriente (20a-c), -un conjunto de disparo (26a-c, 30a-c, 32a-c) para disparar por lo menos el segundo de los interruptores de sobre corriente (20a-c).

2. Dispositivo de desconexión (6) según la reivindicación 1 en el que el detector (24a-c, 28) o el conjunto de disparo (26a-c, 30a-c, 32a-c) está asignado a todos los interruptores de sobre corriente (20a-c) en cada caso.

3. Dispositivo de desconexión (6) según la reivindicación 1 o 2 en el que el interruptor de sobre corriente (20a-c) es un interruptor de fusible.

4. Dispositivo de desconexión (6) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el conjunto de disparo (26a-c, 30a-c, 32a-c) es un conjunto para el disparo del interruptor de sobre corriente (20a-c) por medio de la carga con una sobre corriente (I) suministrada de forma dirigida.

5. Dispositivo de desconexión (6) según la reivindicación 4 en el que el conjunto de disparo (26a-c, 30a-c, 32a-c) tiene una línea de disparo (30a-c) conectada al interruptor de sobre corriente (20a-c), de alta resistencia en reposo y que se puede conmutar a baja resistencia para el disparo y que se puede conectar a una fuente de tensión (12).

6. Dispositivo de desconexión (6) según la reivindicación 5 en el que la fuente de tensión (12) es la red de potencia

(12) asignada al semiconductor de potencia.

7. Dispositivo de desconexión (6) según la reivindicación 5 o 6 en el que la línea de disparo (30a-c) conduce desde una conexión del módulo (14a-c) hasta una conexión de red (16a-c) no asignada al mismo.

8. Dispositivo de desconexión (6) según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7 en el que la línea de disparo (30ac) contiene un tiristor (32a-c) el cual puede estar conectado para el disparo y un conjunto de encendido (26a-c) asignado al mismo.

9. Dispositivo de desconexión (6) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores con una entrada de señal

(34) para el disparo de forma dirigida de por lo menos uno de los interruptores de sobre corriente (20a-c).

10. Dispositivo de desconexión (6) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores con una salida de señal (36) correlacionada con la caída de por lo menos uno de los interruptores de sobre corriente (20a-c).

11. Módulo de potencia (2) con un semiconductor de potencia (4) y un dispositivo de desconexión (6) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Instalación del sistema (50) con por lo menos dos módulos de potencia (2) según la reivindicación 11 conectados en paralelo en sus conexiones de red.

13. Procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo de desconexión (6) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que en el caso de cumplir un criterio de disparo, se dispara por lo menos uno de los interruptores de sobre corriente (20a-c).

14. Procedimiento según la reivindicación 13 en el cual el criterio de disparo es la caída de por lo menos uno de los interruptores (20a-c).