Aparato de conversión de potencia y módulo que incluye el aparato de conversión de potencia.

Un método de conversión de potencia para convertir una corriente de CA a una corriente de CC,

o convertirdicha corriente de CC a dicha corriente de CA, en el que

los componentes desequilibrados de corriente son extraídos de dicha corriente de CA que fluye a dicho aparato deconversión de potencia, o dicha corriente de CA enviada desde dicho aparato de conversión de potencia, y,basándose en dichos componentes desequilibrados de corriente,

el voltaje de CA de dicho aparato de conversión de potencia es ajustado de modo que dichos componentesdesequilibrados de corriente de dicha corriente de CA se suprimen,

se calculan unas ganancias equilibradas de ajuste para la compensación de dicho voltaje de CA de dicho aparato deconversión de potencia a partir de dichos componentes desequilibrados de corriente, y en el quedicho voltaje de CA de dicho aparato de conversión de potencia que entonces está siendo ajustado utilizando dichasganancias equilibradas de ajuste se caracteriza porque

dichas ganancias equilibradas de ajuste son determinadas como diferencias entre cantidades de compensación yvalor promedio de dichas cantidades de compensación, dichas cantidades de compensación se calculan a partir dedichos componentes desequilibrados de corriente utilizando controladores proporcionales-integrales o controladoresintegrales (25a, 25b, y 25c), en el quelos componentes de corriente CC de dicha corriente de CA son extraídos transformando dicha corriente de CA a unsistema de coordenadas de rotación,

se crean unos valores de referencia de equilibrio de dicha corriente de CA mediante transformación a la inversa dedichos componentes de corriente de CC otra vez, y

dichos componentes desequilibrados de corriente son determinados como diferencias entre valores absolutos dedicha corriente de CA en dichas respectivas fases y valores absolutos de dichos valores de referencia de equilibrio.

Aparato de conversión de potencia y módulo que incluye el aparato de conversión de potencia.

La presente invención está relacionada con un método de conversión de potencia y un aparato de conversión de potencia.

Se ha encontrado la prevalencia extendida de un aparato convertidor de PWM para convertir una corriente trifásica de CA a una corriente de CC, y aparatos inversores para convertir una corriente de CC a una corriente trifásica de CA, tal como un aparato de conversión de potencia para uso en conexiones de sistemas de potencia y un aparato inversor para accionar un motor trifásico de CA.

En los aparatos como este, a veces, la corriente trifásica de CA se desequilibra. Estos casos son las ocasiones, p. ej., cuando el voltaje de la fuente de alimentación trifásica está desequilibrado, o cuando la estructura de motor no es simétrica debido a una variación en su fabricación.

Si la corriente trifásica de CA se desequilibra, se producen muchas influencias graves. Ejemplos de estas influencias son tales que la corriente se concentra en una fase del convertidor de potencia, la fluctuación o distorsión de corriente del voltaje de CC se hacen más grandes, y se produce una fluctuación del par en el motor. En particular, cuanto menor es la bobina de auto-alimentación del convertidor o se vuelve la inductancia del hilo devanado de un motor, más grande es el desequilibrio de la corriente.

Convencionalmente, con el fin de ejercer el control equilibrado sobre la corriente trifásica de CA, como se describe en, p. ej., los documentos JP-A-2003-88141 y JP-A-2002-354815, se ha propuesto el siguiente método: Se detecta el voltaje de la fuente de alimentación trifásica, entonces se calcula la cantidad de desequilibrio en el voltaje de la fuente de alimentación. Luego, se añade una cantidad de compensación al voltaje trifásico para el circuito convertidor.

Según el esquema descrito en los documentos de patentes antes descritos, sin embargo, se necesitan sensores de voltaje de fuente de alimentación trifásica de gran precisión. Además, el procesamiento de la señal de voltaje es indispensable para el controlador.

El uso de los muchos sensores de voltaje produce un aumento del coste. Además, se produce el peligro de que se disminuyan las prestaciones de control debido a un error de sensor y ruidos en la fuente de alimentación. Además, el aumento del número de los componentes tiene como resultado una disminución de la fiabilidad del aparato.

Además, en la tecnología convencional antes descrita, se necesitan muchos convertidores A/D y procesamiento de cómputo de señal cuando se utiliza un microordenador en el controlador. Este inconveniente restringe el uso de un microordenador de bajo coste.

También, en el caso del aparato inversor para accionar el motor trifásico de CA, es difícil de detectar directamente la fuerza electromotriz (fem) contraria. Esta dificultad hace difícil la aplicación del método antes descrito.

Según el documento US-A-6 052 297 un aparato de conversión de potencia incluye una sección de control de componente de corriente que produce componentes de secuencia negativa de eje q y de eje d y componentes de secuencia positiva de eje q y de eje d basados en un valor de corriente o un valor de voltaje detectados, un control de componente de corriente que compara un componente de corriente con el valor de instrucción de corriente desde un generador de valores de instrucción y envía el resultado a un sumador/restador, un convertidor que convierte una salida de señal de control desde el sumador/restador en componentes trifásicos, y un sumador que suma estos componentes trifásicos a respectivas fases y que envía el resultado a una sección de conversión de potencia.

El convertidor del documento US 20006/044848 incluye un circuito convertidor que tiene una pluralidad de dispositivos semiconductores de conmutación conectados en puente para convertir la potencia de CA en potencia de CC, un condensador de suavizado conectado en paralelo al lado de CC del circuito convertidor y un detector de corriente proporcionado en un circuito de condensador para controlar una corriente de condensador que fluye por el condensador de suavizado para ser un valor establecido. La corriente del condensador es controlada para ser el valor establecido (por ejemplo cero) para reducir con ello la capacidad del condensador de suavizado y hacer pequeño el convertidor.

El documento US-A-5 309 349 se refiere a un método de detección de corriente para que un convertidor da corriente continua (CC) a corriente alterna trifásica (CA) pueda utilizar sólo un único sensor de CC para detectar y calcular las corrientes alternas trifásicas. El método puede detectar un valor de corriente continua de una fase en cada uno de seis estados diferentes de puerta de tres pares de transistores en el convertidor de CC a CA trifásica por medio del sensor de CC. En el control de modulación de anchura de impulsos de dos niveles, la señal de control incluye una pluralidad de períodos de portador, cada uno subdividido en tres intervalos. Los tres pares de transistores son

conmutados al estado cero en un intervalo de cada período de portador, y a dos estados diferentes de puerta respectivamente en los otros dos intervalos. El método puede detectar dos valores de corriente de fases diferentes respectivamente en los otros dos intervalos de cada período de portador, y entonces calcular el valor de corriente de la otra fase de acuerdo con el principio de que la suma de las corrientes trifásicas es siempre igual a cero.

Según el documento de PILLAY P ET AL: "Definiciones de Desequilibrio de Voltaje" IEEE POWER ENGINEERING REVIEW, IEEE INC, NUEVA YORK, EE.UU., vol. 21, nº. 5, 1 de mayo de 2001 (2001-05-01) . páginas 50-51, XP0110921981SSN: 0272-1724 el PVUR se calcula utilizando la desviación máxima de una magnitud de voltaje de fase a partir del promedio de todas las magnitudes de voltaje de fase que produce una cantidad que representa el desequilibrio en una fase individual. El documento también indica que la fórmula de aproximación simplifica el cálculo y proporciona una buena aproximación del desequilibrio verdadero calculado a partir del componente negativo de secuencia para un valor bajo del desequilibrio.

En el documento US-A-5 384 696 se describe un acondicionador activo de línea de potencia. Un inversor en serie es controlado por un controlador de filtro en serie que realiza transformaciones sincrónicas en una corriente de carga para generar una señal de prealimentación (feedforward) de filtro en serie correspondiente a los componentes fundamentales de la corriente de carga. El controlador de filtro en serie también genera una señal de referencia de filtro en serie correspondiente a un voltaje de salida fundamental de secuencia negativa. La señal de prealimentación de filtro en serie y la señal de referencia de filtro en serie son combinadas para formar una señal de compensación de filtro en serie. La señal de compensación de filtro en serie es aplicada al inversor en serie para generar corrientes sinusoidales de entrada, con compensación de voltaje de salida fundamental de secuencia negativa, para una carga no lineal. Un inversor en paralelo es controlado por un controlador de filtro en paralelo que realiza transformaciones sincrónicas para generar una señal de prealimentación (feedforward) de filtro en paralelo correspondiente a los componentes armónicos de fluctuación de la corriente de carga. El controlador de filtro en paralelo también genera una señal de referencia de filtro en paralelo correspondiente a una corriente de fuente fundamental de secuencia negativa. La señal de prealimentación de filtro en paralelo y la señal de referencia de filtro en paralelo son combinadas para formar una señal de compensación de filtro en paralelo. La señal de compensación de filtro en paralelo es aplicada al inversor en paralelo para generar voltajes sinusoidales de entrada, con compensación fundamental de secuencia negativa de corriente de fuente, para una carga no lineal.

Un objetivo de la presente invención es implementar un convertidor de potencia o un módulo que haga posible ejercer el control equilibrado sobre corriente de CA mediante la extracción de componentes desequilibrados de corriente de las señales de corriente de CA y el ajuste el voltaje de salida del convertidor de potencia, sin detectar el voltaje de la fuente de alimentación o la fem (fuerza electromotriz) contraria del motor.

El objetivo se consigue mediante un... [Seguir leyendo]

1. Un método de conversión de potencia para convertir una corriente de CA a una corriente de CC, o convertir dicha corriente de CC a dicha corriente de CA, en el que los componentes desequilibrados de corriente son extraídos de dicha corriente de CA que fluye a dicho aparato de conversión de potencia, o dicha corriente de CA enviada desde dicho aparato de conversión de potencia, y, basándose en dichos componentes desequilibrados de corriente, el voltaje de CA de dicho aparato de conversión de potencia es ajustado de modo que dichos componentes desequilibrados de corriente de dicha corriente de CA se suprimen, se calculan unas ganancias equilibradas de ajuste para la compensación de dicho voltaje de CA de dicho aparato de conversión de potencia a partir de dichos componentes desequilibrados de corriente, y en el que dicho voltaje de CA de dicho aparato de conversión de potencia que entonces está siendo ajustado utilizando dichas ganancias equilibradas de ajuste se caracteriza porque

dichas ganancias equilibradas de ajuste son determinadas como diferencias entre cantidades de compensación y valor promedio de dichas cantidades de compensación, dichas cantidades de compensación se calculan a partir de dichos componentes desequilibrados de corriente utilizando controladores proporcionales-integrales o controladores integrales (25a, 25b, y 25c) , en el que los componentes de corriente CC de dicha corriente de CA son extraídos transformando dicha corriente de CA a un sistema de coordenadas de rotación, se crean unos valores de referencia de equilibrio de dicha corriente de CA mediante transformación a la inversa de dichos componentes de corriente de CC otra vez, y dichos componentes desequilibrados de corriente son determinados como diferencias entre valores absolutos de dicha corriente de CA en dichas respectivas fases y valores absolutos de dichos valores de referencia de equilibrio.

2. El método de conversión de potencia según la reivindicación 1, en el que: dicha corriente de CA es estimada a partir de una corriente de bus de CC.

3. El método de conversión de potencia según la reivindicación 1, en el que:

dicha corriente de CA es transformada a coordenadas de ejes d/q, se extraen componentes de corriente de CC de cantidades resultantes componentes de ejes d/q utilizando un filtro de paso bajo (19) , se crean unos valores de referencia de equilibrio de dicha corriente de CA mediante transformación a la inversa de dichos componentes de corriente de CC otra vez, y

dichos componentes desequilibrados de corriente son determinados como diferencias entre valores absolutos de dicha corriente de CA en dichas respectivas fases y valores absolutos de dichos valores de referencia de equilibrio.

4. El método de conversión de potencia según la reivindicación 1, en el que:

dichas ganancias equilibradas de ajuste son ajustadas a un signo positivo o negativo según dicho sentido de 40 conversión de potencia o sentido de corriente en dicho aparato de conversión de potencia.

5. El método de conversión de potencia según la reivindicación 1, en el que: se calculan una cantidades de compensación desequilibradas para voltajes de orden de CA multiplicando dichos voltajes de orden de CA de dicho aparato de conversión de potencia por dichas ganancias equilibradas de ajuste, 45 dichas cantidades desequilibradas de compensación se añaden o se restan entonces de dichos voltajes de orden de CA en dichas respectivas fases.

6. El método de conversión de potencia según la reivindicación 1, en el que: un valor predeterminado tal como 1 es añadido o restado de dichas ganancias equilibradas de ajuste, y después de 50 eso, los valores resultantes añadidos o restados son multiplicados por dicho voltaje de orden de CA en dichas respectivas fases de dicho aparato de conversión de potencia.

7. Un aparato de conversión de potencia para convertir una corriente de CA a una corriente de CC, o convertir 55 dicha corriente de CC a dicha corriente de CA, en el que el aparato comprende unos medios configurados para llevar a cabo el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

8. El aparato de la reivindicación 7, que comprende además:

60 un circuito convertidor (4) para convertir corriente de CA a una corriente de CC, el lado de entrada de dicho circuito convertidor (4) está conectado a una fuente de alimentación de CA (1) a través de un bobina de autoalimentación (3) , un condensador de suavizado (5) está conectado entre los terminales de CC en el lado de salida de dicho circuito convertidor (4) un circuito inversor (4a) para convertir dicha corriente de CC a decía corriente de CA, el lado de salida de 65 dicho circuito inversor (4a) está conectado a un motor (203) ; un circuito (7) de detección de corriente para detectar dicha corriente de CA introducida en dicho circuito convertidor (4) o una corriente de bus de CC en dicho lado de CC; un circuito (7a) de detección de corriente para detectar dicha corriente de CA enviada desde dicho circuito inversor (4a) o dicha corriente de bus de CC en dicho lado de CC; y un controlador (501) para controlar dicho circuito convertidor (4) y dicho circuito inversor (4a) utilizando valores de detección de corriente de dichos circuitos (7, 7a) de detección de corriente, en el que componentes desequilibrados de corriente son extraídos de dicha corriente de CA introducida en dicho circuito convertidor (4) , el voltaje de CA de dicho circuito convertidor (4) que es ajustado entonces a partir de dichos componentes desequilibrados de corriente de modo que dichos componentes desequilibrados

de corriente de dicha corriente de CA se suprime, los componentes desequilibrados de corriente son extraídos de dicha corriente de CA enviada desde dicho circuito inversor (4a) , el voltaje de CA de dicho circuito inversor (4a) que es ajustado entonces a partir de dichos componentes desequilibrados de corriente de modo que dichos componentes desequilibrados de corriente de dicha corriente de CA se suprime.