CIRCUITO Y METODO PARA REPLICAR UNA SEÑAL ELECTRICA CON CONTROL ASINCRONO.

La invención se refiere a un circuito y a un método para generar una señal que replica la señal de la red eléctrica o la señal que se desee obtener.

Para ello, se compara continuamente la tensión en un condensador de salida con una señal de referencia correspondiente con la señal de salida que se desea obtener, de modo que carga o descarga el condensador de salida para mantener su tensión dentro de unos límites preestablecidos. La generación de esa señal se realiza con una calidad superior a los inversores convencionales, ya que se evitan las conmutaciones abruptas y se obtienen mejoras en cuanto a interferencias y ruidos electromagnéticos.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201031347.

Solicitante: UNIVERSIDAD DEL PAIS VASCO-EUSKAL HERRIKO UNIBERTSITATEA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ZAMORA BELVER,JUAN JOSE, CALVO SANCHEZ,AITOR.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02M1/34 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformación de la corriente o de la tensión especialmente adaptada para su uso en los relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/02; sistemas de regulacion de variables eléctricas o magnéticas en general, p. ej. utilizando transformadores, reactancias o bobinas de choque, combinacion de tales sistemas con convertidores estáticos G05F; para computadores digitales G06F 1/00; transformadores H01F; conexión o control de un convertidor teniendo en cuenta su unión funcional con una fuente similar u otra fuente de alimentación H02J; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P; generadores de impulsos H03K). › H02M 1/00 Detalles de aparatos para transformación. › Circuitos amortiguadores.
  • H02M7/48 H02M […] › H02M 7/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente alterna en una potencia de salida en corriente continua; Transformación de una potencia de entrada en corriente continua en una potencia de salida en corriente alterna. › utilizando tubos de descarga con electrodo de control o dispositivos semiconductores con electrodo de control.
CIRCUITO Y METODO PARA REPLICAR UNA SEÑAL ELECTRICA CON CONTROL ASINCRONO.

Fragmento de la descripción:

CIRCUITO Y METODO PARA REPLICAR UNA SEÑAL ELECTRICA CON CONTROL ASINCRONO

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se corresponde con el sector de

la electrónica de potencia, y se aplica a la conversión de tensión continua en alterna, pudiendo aplicarse también a la aportación de energía a la red eléctrica.

Más concretamente, la invención se refiere a un

circuito y a un método para generar una señal que replica la señal de la red eléctrica o la señal que se desee obtener.

La generación de esa señal se realiza con una calidad

superior a los inversores convencionales, ya que el circuito de la invención evita las conmutaciones abruptas y presenta por tanto importantes mej oras en cuanto a interferencias y ruidos electromagnéticos.

2.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Desde la aparición en el mercado de dispositivos semiconductores y microprocesadores de altas prestaciones y

precio reducido, se han comenzado a utilizar extensamente los llamados convertidores estáticos. Estos sistemas son capaces de convertir un tipo de energía eléctrica, ya sea alterna o continua, en el tipo de energía eléctrica deseada, con eficiencias energéticas elevas.

Entre estos circuitos y topologías una de las más empleadas es la del inversor, que convierte corriente continua en alterna, de magnitud, frecuencia y fase seleccionable en algunos casos. Entre las aplicaciones del inversor se pueden distinguir dos grandes grupos: por un lado es el circuito elegido para suministrar energía a una gran variedad de dispositivos eléctricos como motores de un

amplio rango de potencias, aplicaciones de tracción en coches eléctricos, hornos de inducción o soldadura por arco.

Por otro lado, los inversores resultan necesarios en todo sistema que tenga que entregar energía eléctrica a la red, como pueden ser generadores solares y eólicos. Este caso supone una complej idad mayor de diseño, debido a las restricciones existentes en cuanto al tipo de tensiones que pueden existir en la misma.

Un ej emplo de un circuito inversor con filtro a la salida, se describe en la publicación internacional W02009000377Al.

No obstante, a pesar de la creciente sofisticación de los sistemas para generar tensiones sinusoidales cada vez más precisas, todos los inversores existentes se basan en la misma premisa: generar una tensión con un número finito de niveles (desde dos en diseños primitivos hasta los más recientes de quince) y posteriormente filtrarlo mediante una red Le (bobina+condensador) .

Todos estos circuitos tienen un filtro que se ha diseñado para una carga fija, pero no tienen en cuenta que la impedancia de la red es variable.

La energía eléctrica se usa en muchos ámbitos hoy en día y poder obtenerla de una forma ecológica es una importante exigencia de muchos sectores de nuestra

sociedad. Las energías alternativas suponen una solución, con ellas, surge la generación distribuida como un aspecto técnico que hay que solucionar.

Esta generación supone el uso de inversores de potencia, que parte de la tensión continua proporcionada por dichas fuentes de energía, crean una señal con conmutaciones abruptas y posteriormente filtran, estando en muchos casos presente en el resultado del filtrado restos de la conmutación y desfases no predecibles por el propio filtro, además de un bajo rendimiento debido a las pérdidas de energía en el filtro.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

En esta propuesta se presenta un circuito de potencia para introducir energía de calidad en la red eléctrica sin necesidad de filtro, muestreando una señal de referencia de forma continua en el tiempo y asegurándose de que la tensión de salida sigue o replica, dentro de unos límites establecidos, a dicha señal de referencia.

Se ha desarrollado un circuito de potencia que replica la tensión de la red eléctrica en tiempo real sin necesidad de filtros de red, ya que se basa en la carga y descarga controlada de un condensador de salida.

Más concretamente, el circuito y el método se basan en aplicar una tensión procedente de unas baterías de continua sobre en un condensador de salida y comparar continuamente la tensión en el condensador con la tensión de una señal de referencia correspondiente con la señal de salida que se desea obtener, de modo que si la tensión en el condensador

es inferior a un límite preestablecido, se aporta tensión al condensador hasta que la tensión en el mismo vuelve a

estar dentro de los límites preestablecidos. Si por el contrario la tensión en el condensador es superior a la tensión de la señal de referencia, se aplica en el condensador una tensión de polaridad inversa hasta que la

tensión del condensador vuelve a estar dentro de los límites preestablecidos. Este proceso se repite de forma continua cargando o descargando la tensión del condensador, de forma que la señal de tensión en el condensador replica la señal de referencia.

Con el circuito y método de la invención, se logra replicar la señal de la red eléctrica con una calidad superior a los inversores existentes, ya que se utiliza un modo de funcionamiento que evita las conmutaciones abruptas, por lo que logra notables mej oras en cuanto a interferencias y ruidos electromagnéticos.

La adaptación en tiempo real de la tensión de salida a la de referencia, que en una realización preferente consiste en la señal de red a la que se conecte el equipo, posibilita que la energía introducida a la red sea de mucha calidad en cuanto a ruidos e interferencias.

Uno de los efectos ventajosos del circuito de la invención, es que se genera una alta impedancia virtual a la frecuencia do red eléctrica, es decir el circuito logra que la diferencia entre la tensión de entrada del mismo y la tensión de salida, sea prácticamente nula.

Esta propiedad, tiene el efecto de que el transvase de energía entre el circuito y la red eléctrica se realiza sin restricciones, es decir sin pérdidas de energía y sin perturbar la señal de salida.

La impedancia que presenta la red eléctrica es muy

variable en el tiempo y, por esto, las topologías y métodos de generación de señales eléctricas del estado de la técnica, con un filtro al final que no se adapta a la cambiante impedancia de la red, no resultan suficientes para garantizar una buena calidad de entrega de la energía y de eficiencia en el circuito.

Con el circuito de la presente invención, la transferencia de la energía se adapta en todo instante a las condiciones de la red eléctrica, ya que la señal de

referencia que se emplea para generar la señal de salida, es la propia señal de la red eléctrica, por lo que cualquier variación de la misma es considerada en la generación de la señal de salida.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibuj os en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1. muestra un esquema eléctrico del circuito objeto de la invención.

La figura 2. -muestra un esquema eléctrico de un ejemplo de realización del módulo de control.

La figura 3. -muestra unas gráficas representativas del funcionamiento del circuito para el caso de carga del condensador. En la parte inferir se indican los dispositivos (31-34) que están activos, es decir cerrados.

La figura 4. -muestra unas gráficas representativas

del funcionamiento del circuito para el caso de descarga del condensador. En la parte inferir se indican los dispositivos (Sl-S4) que están activos, es decir...

 


Reivindicaciones:

1. Circuito replicador de una señal eléctrica

caracterizado porque comprende: una rama de carga superior formada por un primer y

un segundo dispositivos electrónicos de conmutación (Sl, S2) y una primera bobina (Ll) conectada en serie entre dichos primer y un segundo dispositivos electrónicos de conmutación (Sl, S2) ,

una rama de carga inferior formada por un tercer y un cuarto dispositivos electrónicos de conmutación (S3, S4) y una segunda bobina (L2) conectada en serie entre dichos tercer y cuarto dispositivos electrónicos de conmutación (S3, 84) ,

una primera y una segunda fuentes de corriente continua (Vccl, Vcc2) conectadas en serie, donde el terminal positivo de la primera fuente (Vccl ) está conectado con el primer dispositivo electrónico de conmutación (S 1) , y donde el terminal negativo de la segunda fuente (Vcc2) está conectado con el tercer dispositivo electrónico de conmutación (83) , y donde el terminal negativo de la primera fuente (Vccl) y el terminal positivo de la segunda fuente (vcc2) están conectados a masa,

un primer diodo (01) cuyo ánodo está conectado con el terminal negativo de la segunda fuente (Vcc2) y con el tercer dispositivo electrónico de conmutación (S3) , y cuyo cátodo está conectado con la primera bobina (Ll) Y con el primer dispositivo electrónico de conmutación (SI) ,

un segundo diodo (02) cuyo ánodo está conectado con la segunda bobina (L2) y con el tercer dispositivo electrónico de conmutación (S3) , y cuyo cátodo está

conectado con el terminal positivo de la primera fuente

(Vccl) y con el primer dispositivo electrónico de conmutación (81) ,

un condensador de salida (e con un terminal

conectado a masa y con otro terminal conectado con el segundo y con el cuarto elementos electrónicos de conmutación (82, 84) y con un terminal de salida del circuito (V out) ,

un sensor de corriente conectado entre el segundo y el cuarto elementos electrónicos de conmutación (82, 84) Y el terminal de salida del circuito (V out) , para medir la corriente de salida del circuito,

un módulo de control (11) para abrir y cerrar los dispositivos electrónicos de conmutación (81-84) , en función del valor de la corriente de salida (Isensor) , la tensión de salida (Vout) , y el valor de una señal de referencia (Vref) correspondiente a la señal que se desea reproducir,

donde el módulo de control (11) dispone de medios electrónicos programables (13) , programados para:

cerrar los dispositivos (81, 82) cuando la tensión de salida (Vout) es inferior a la tensión de referencia (Vref) para cargar la bobina (Ll) , y abrir (81) para permitir la descarga de la bobina (Ll) a través de (82) ,

cerrar los dispositivos (83, 84) cuando la tensión de salida (Vout) es superior a la tensión de referencia (Vref) para cargar la bobina (L2) , y abrir (83) para permitir la descarga de la bobina (L2) a través de (84) .

2. Circuito según la reivindicación 1 caracterizado porque el módulo de control (11) dispone además de un detector (17) de paso por cero de corriente, que recibe a su entrada la señal (I sensor) y que está configurado para generar activar una señal (Izero) cuando la señal (Isensor) es igual a cero.

3. Circuito según la reivindicación 2 caracterizado porque los medios programables (13) están programados para cerrar los dispositivos (Sl-S4) cuando la señal (Izero) está activa.

4. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el módulo

de control (11) dispone de medios comparadores para comparar la tensión de salida (Vout) con la tensión de referencia (Vref) .

5. Circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios electrónicos programables (13) consisten en un microprocesador, asociado con dichos medios comparadores, y porque las señales (Isensor) , tensión de salida (Vout) , y señal de referencia (Vref) , están aplicadas a entradas de interrupción del microprocesador.

6. . Método para replicar una señal eléctrica mediante el circuito definido en cualquiera de las reivindicucioncs 1 a 5 caracterizado porque comprende:

comparar la tensión en un condensador de salida con la tensión de una señal de referencia correspondiente con la señal de salida que se desea obtener,

aplicar tensión al condensador de salida cuando la tensión en el condensador es inferior a un límite preestablecido por debajo de la señal de referencia, hasta que la tensión en el condensador vuelve a estar dentro de los límites preestablecidos,

aplicar en el condensador de salida una tensión con

polaridad inversa, cuando la tensión en el condensador es superior a un límite preestablecido por encima de l a tensión de la señal de referencia, hasta que la tensión del condensador vuelve a estar dentro de los límites preestablecidos.

7. -Método según la reivindicación 6 caracterizado porque la tensión que se aplica al condensador de salida procede de unas baterías de continua.


 

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