Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia destinado a controlar una carga (3) eléctrica que comprende varias fases,

estando el puente (1) de potencia destinado a conectarse a la carga (3) eléctrica mediante varias ramas (B1, ..., B3), al menos una por fase, y estando destinado a controlarse mediante funciones de conmutación (SC1, SC2, SC3), determinando dichas funciones de conmutación vectores de control ( V0, ..., V7) para controlar la carga, subdividiéndose dichos vectores de control ( V0, ..., V7)

en vectores de control de rueda libre ( V0, V7) y en vectores de control activos ( V1, ..., V6), comprendiendo el procedimiento las etapas de:

- seleccionar un primer método de producción de funciones de conmutación que produce un número reducido de combinación de funciones de conmutación correspondientes a vectores de control de rueda libre ( V0, V7) o un segundo método de producción de funciones de conmutación que produce únicamente combinaciones de funciones de conmutación correspondientes a vectores de control activos ( V1, ..., V6), estando definidos dichos métodos en función de un vector de tensión de consigna dado ( V*) y que comprende una etapa de determinación de una modulante (mod1, mod2, mod3) asociada a cada rama del puente a partir de consignas de tensión escalares (V1*, V2*, V3*), y

-aplicar dicho método seleccionado para producir una sucesión de vectores de controles a partir de las combinaciones de funciones de conmutación producidas, caracterizado porque un método de producción de funciones de conmutación comprende una etapa de comparación de modulantes trasladadas una cantidad de neutro con una portadora, estando asociada una modulante a cada rama de puente, definiendo dicha comparación funciones de conmutación (SC) para controlar dicho puente.

Procedimiento de control de un ondulador de tensión polifásica

5 Campo de la invención

La invención se refiere a un procedimiento de gobierno de un puente de potencia destinado a controlar una carga eléctrica que comprende varias fases, estando el puente de potencia destinado a conectarse a la carga eléctrica mediante varias ramas, al menos una por fase, y estando destinado a gobernarse mediante funciones de conmutación, determinando dichas funciones de conmutación vectores de control para controlar la carga, subdividiéndose dichos vectores de control en vectores de control de rueda libre y en vectores de control activos.

La presente invención encuentra aplicaciones particularmente ventajosas, pero no exclusivas, en los campos del sector del automóvil, del sector aeronáutico.

También se refiere a un dispositivo que pone en práctica dicho procedimiento de gobierno del puente de potencia.

Estado de la técnica

Generalmente, un puente de potencia de tensión polifásica se utiliza para el accionamiento de una carga eléctrica polifásica. Estas cargas eléctricas son por ejemplo máquinas reversibles tales como alternadores-motores de arranque. El puente se realiza aguas arriba de una fuente de alimentación continua y se conecta aguas abajo a los bobinados de fase de la carga polifásica. El puente de potencia se alimenta con energía por la fuente de alimentación continua en modo motor, y por el alternador-motor de arranque en modo alternador.

El puente de potencia comprende varias ramas de puente que comprenden, por ejemplo, cada una dos interruptores dotados de diodos de rueda libre. Este tipo de puente es un puente de dos niveles. El punto medio de cada par de interruptores de una misma rama de puente se conecta a un bobinado de fase de la carga. La lógica de control permite controlar los interruptores de una misma rama de puente.

Actualmente pueden generarse varias combinaciones de los interruptores de las ramas de puente a las que puede asociarse una representación vectorial de las tensiones de salida del ondulador que se denominarán vectores de control del puente de potencia. Estos vectores de control están compuestos por vectores activos y de vectores de rueda libre.

En el estado de la técnica, se conocen diferentes tipos de técnicas de gobierno de un ondulador polifásico, entre las cuales se encuentra el documento "A.M. Hava, RJ. Kerkman, y T.A. Lipo. A high performance generalized discontinuous pwm algorithm. IEEE Trans. on Industr y Applications, Vol. 34 (nº 5) , septiembre/octubre 1998". Este documento describe técnicas de gobierno, que utilizan concretamente estrategias de modulación por ancho de pulsos discontinuos, gobernando por un lado la parte aguas abajo del puente de potencia y por otro lado el propio puente.

Estas técnicas de gobierno bloquean por turnos una de las ramas de puente del puente de potencia a lo largo de un periodo eléctrico. Para ello, en función de la estrategia de modulación por ancho de pulsos empleada, se determina 45 una cantidad de neutro para cada desfase tensión-corriente de una fase de la carga. Para cada fase de la carga, se determina una modulante y se traslada mediante adición de una cantidad de neutro. Con estas técnicas de gobierno, se bloquea una rama de puente cuando su modulante está saturada a +1 o -1.

Tales técnicas de gobierno presentan inconvenientes. En efecto, no es posible determinar la cantidad de neutro que debe añadirse a las modulantes, cuando el sistema no está en régimen permanente. Además, en régimen permanente, esta cantidad de neutro o bien se calcula en línea, lo que necesita un tiempo de cálculo bastante grande, o bien se presenta en tablas lo que conlleva un consumo importante de memoria.

Además, para estas técnicas de gobierno del estado de la técnica mencionado, se necesita el conocimiento del 55 desfase tensión-corriente de la carga polifásica. Ahora bien, el cálculo o la medición de este desfase es muy complejo de poner en práctica.

Asimismo, la implantación digital de estas técnicas plantea problemas de realización. En efecto, durante su implantación debe tenerse en cuenta por un lado los numerosos puntos de funcionamiento de la carga polifásica (por ejemplo, motor, alternador, motor de arranque a diferentes velocidades y par de un alternador-motor de arranque) para aplicar una cantidad de neutro óptima correspondiente; y por otro lado estrategias diferentes correspondientes a cada cantidad de neutro aplicada. El algoritmo que permite realizar la implantación digital es por tanto largo y complicado de poner en práctica.

65 Por otro lado, actualmente según el documento "Folker Renken. Analytical Calculation of the DC-Link Capacitor Current for Pulsed Three-Phase Inverters. Proceedings of E. P. E. Power Electronics and Motion Control, Riga, Latvia, 2004", para estabilizar la tensión en el lado aguas arriba del puente de potencia, dicho puente comprende aguas arriba un condensador de desacoplamiento. Este condensador de desacoplamiento permite filtrar la corriente de entrada del puente de potencia, corriente que experimenta fuertes discontinuidades. Este condensador de desacoplamiento tiene una gran capacidad para mantener constante la tensión de entrada del puente de potencia y para evitar efectos de oscilaciones. El tamaño físico del condensador de desacoplamiento es muy importante. Además, un condensador de desacoplamiento de este tipo presenta problemas de volumen ocupado para aplicaciones en un espacio limitado.

La corriente eficaz en el condensador de desacoplamiento representa la ondulación de la corriente de fuente alrededor de su valor medio. En el estado de la técnica se observa que la corriente de fuente da con frecuencia saltos alrededor del valor cero provocando así ondulaciones importantes.

Por el documento EP0911950A también se conoce un convertidor de ataque para motor de gran potencia que comprende una etapa de conversión de potencia en tres niveles de salida de tipo con bloqueo por el neutro (denominado NPC para "Neutral Point Clamped" en inglés) y un banco de condensadores de corriente continua montados en serie que está acoplado en paralelo a la etapa de conversión de potencia NPC. El convertidor también comprende un controlador que selecciona estados de conmutación de la etapa de conversión de potencia NPC y que controla un equilibrado de tensión de neutro del banco de condensadores por medio de una modulación vectorial y de cálculos predictivos de carga.

Descripción de la invención

La invención tiene por objetivo remediar los inconvenientes de las técnicas expuestas anteriormente. Para ello, la invención propone modificar las técnicas de gobierno del ondulador existentes con el objetivo de minimizar las pérdidas por conmutación en las ramas de puente del puente de potencia, reducir la corriente eficaz en la capacidad de filtrado y por consiguiente estabilizar la tensión aguas arriba del puente de potencia al tiempo que se conserva el gobierno de la carga polifásica aguas abajo del puente de potencia.

Según un primer aspecto, la invención se refiere a un procedimiento de gobierno de un puente de potencia, tal como se define en la reivindicación 1 adjunta.

Según la invención, un método de producción de funciones de conmutación comprende una etapa de comparación de modulantes trasladadas una cantidad de neutro con una portadora, estando asociada una modulante a cada rama de puente, definiendo dicha comparación funciones de conmutación para gobernar dicho puente. Por tanto, un método de comparación de modulantes trasladadas con una portadora permite definir fácil y rápidamente la evolución de las funciones de conmutación que gobernarán el ondulador. Es además un método que puede usarse en procesadores de señales dedicados al control de la máquina eléctrica.

Según modos de realización no limitativos, el procedimiento según la invención comprende las siguientes características complementarias:

- La selección de un método de producción de funciones de conmutación se basa en una colocación de un vector de tensión de consigna en una zona de un campo del plano definido por vectores de control, determinándose el vector de tensión de consigna a partir de consignas de tensión escalares. Por tanto, dividiendo el hexágono en varias subpartes, se elige siempre un método óptimo de los dos anteriores al tiempo que se garantiza una generación de media del vector de tensión de consigna necesario para el buen gobierno de la carga... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia destinado a controlar una carga (3) eléctrica que comprende varias fases, estando el puente (1) de potencia destinado a conectarse a la carga (3) eléctrica mediante varias ramas (B1, ..., B3) , al menos una por fase, y estando destinado a controlarse mediante funciones de conmutación (SC1, SC2, SC3) , determinando dichas funciones de conmutación vectores de control ( V0, ..., V7) para controlar la carga, subdividiéndose dichos vectores de control ( V0, ..., V7)

en vectores de control de rueda libre ( V0, V7) y en vectores de control activos ( V1, ..., V6) , comprendiendo el procedimiento las etapas de:

- seleccionar un primer método de producción de funciones de conmutación que produce un número reducido de combinación de funciones de conmutación correspondientes a vectores de control de rueda

libre ( V0, V7) o un segundo método de producción de funciones de conmutación que produce 15 únicamente combinaciones de funciones de conmutación correspondientes a vectores de control activos ( V1, ..., V6) , estando definidos dichos métodos en función de un vector de tensión de consigna dado ( V*) y que comprende una etapa de determinación de una modulante (mod1, mod2, mod3) asociada a cada rama del puente a partir de consignas de tensión escalares (V1*, V2*, V3*) , y -aplicar dicho método seleccionado para producir una sucesión de vectores de controles a partir de las combinaciones de funciones de conmutación producidas, caracterizado porque un método de producción de funciones de conmutación comprende una etapa de comparación de modulantes trasladadas una cantidad de neutro con una portadora, estando asociada una 25 modulante a cada rama de puente, definiendo dicha comparación funciones de conmutación (SC) para controlar dicho puente.

2. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según la reivindicación 1, caracterizado porque la selección de un método de producción de funciones de conmutación se basa en una colocación de un vector de tensión de consigna ( V*) en una zona (H) de un campo del plano definido por vectores de control ( V0, ..., V7) , determinándose el vector de tensión de consigna ( V*) a partir de consignas de tensión escalares (V1*, V2*, V3*) .

3. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según la reivindicación anterior, caracterizado 35 porque el campo del plano se divide en una primera y una segunda zonas (H1, H2) y porque se selecciona el primer método de producción de funciones de conmutación si el vector de tensión de consigna ( V*) está colocado en la primera zona (H1) , y porque se selecciona el segundo método de producción de funciones de conmutación si el vector de tensión de consigna ( V*) está colocado en la segunda zona (H2) .

40 4. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según la reivindicación 2, caracterizado porque el campo del plano se divide en una primera (H1) , una segunda (H3) y una tercera (H4) zonas y porque se selecciona el primer método de producción de funciones de conmutación si el vector de tensión de consigna

( V*) está colocado en la primera zona (H1) .

45 5. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según la reivindicación 2 ó 4, caracterizado porque el campo del plano se divide en una primera (H1) , una segunda (H3) y una tercera (H4) zonas y porque se selecciona el segundo método de producción de funciones de conmutación si el vector de tensión de

consigna ( V*) está colocado en la segunda zona (H3) o la tercera zona (H4) .

50 6. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el método de producción de funciones de conmutación es el primer método de producción de funciones de conmutación y la portadora es una simple portadora.

7. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, 55 caracterizado porque el método de producción de funciones de conmutación es el segundo método de producción de funciones de conmutación y la portadora es una doble portadora.

8. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque una doble portadora comprende dos simples portadoras (91, 92) y porque se compara al menos una modulante con una única de las portadoras de la doble portadora.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores 6 a 8, caracterizado porque una simple portadora es un triángulo isósceles que comprende un vértice que se encuentra a un valor máximo (Max) y una base que se encuentra a un valor mínimo (Min) .

10. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la determinación de una modulante se realiza según una estrategia de intersección.

11. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, 15 caracterizado porque la determinación de una modulante se realiza según una estrategia de baricentro.

12. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un método de producción de funciones de conmutación comprende además una etapa de bloquear una rama de puente durante todo un periodo de corte (Ts) del puente (1) de potencia.

13. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según una de las reivindicaciones anteriores 3 a 12 excepto las reivindicaciones 4 y 5, caracterizado porque el campo del plano se define en un sistema de referencia estatórico, estando dicho sistema de referencia estatórico subdividido en sectores angulares (SA) y porque un método de producción de funciones de conmutación comprende además una etapa de

determinar una rama de puente que va a bloquearse en un estado alto o un estado bajo en función de la posición del vector de tensión de consigna ( V*) en uno de los sectores angulares (SA) .

14. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque:

- si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un primer sector angular (SA1) entonces la primera rama (B1) se bloquea en el estado alto,

- si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un segundo sector angular (SA2) entonces la tercera rama (B3) se bloquea en el estado bajo,

- si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un tercer sector angular (SA3) entonces la segunda rama (B2) se bloquea en el estado alto,

- si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un cuarto sector angular (SA4) entonces la primera rama 40 (B1) se bloquea en el estado bajo,

- si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un quinto sector angular (SA5) entonces la tercera rama (B3) se bloquea en el estado alto,

45 -si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un sexto sector angular (SA6) entonces la segunda rama (B2) se bloquea en el estado bajo.

15. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según una de las reivindicaciones anteriores 4 a 12, caracterizado porque la segunda zona (H3) determina triángulos interiores (TIi) y porque un método de 50 producción de funciones de conmutación comprende además una etapa de determinar una rama que va a bloquearse en un estado alto o un estado bajo en función de la posición del vector de tensión de consigna en uno de los triángulos interiores (TIi) .

16. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según la reivindicación anterior, caracterizado 55 porque:

- si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un primer triángulo interior (TI1) entonces la primera rama (B1) se bloquea en el estado alto,

- si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un segundo triángulo interior (TI2) entonces la tercera 5 rama (B3) se bloquea en el estado bajo,

- si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un tercer triángulo interior (TI3) entonces la segunda rama (B2) se bloquea en el estado alto,

- si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un cuarto triángulo interior (TI4) entonces la primera rama (B1) se bloquea en el estado bajo,

- si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un quinto triángulo interior (TI5) entonces la tercera rama (B3) se bloquea en el estado alto,

- si el vector de tensión de consigna ( V*) está en un sexto triángulo interior (TI6) entonces la segunda rama (B2) se bloquea en el estado bajo.

17. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según una de las reivindicaciones anteriores 4 a 13, caracterizado porque un método de producción de funciones de conmutación comprende además una etapa de seleccionar al menos dos ramas de puente susceptibles de bloquearse en función de una relación de orden.

18. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según la reivindicación anterior, caracterizado porque la relación de orden es una comparación entre las modulantes (mod1, mod2, mod3) asociadas a las ramas (B1, B2, B3) de puente.

19. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según la reivindicación anterior, caracterizado porque las ramas de puente seleccionadas corresponden a las ramas de puente que tienen la modulante 30 más importante (modM) y la modulante menos importante (modm) .

20. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según una de las reivindicaciones anteriores 17 a 19, caracterizado porque la rama de puente que va a bloquearse se elige de las ramas de puente seleccionadas y es la que comprende la corriente de fase (IM, Im) más importante en valor absoluto de las corrientes de fase que corresponden respectivamente a la más grande de las modulantes (modM) y la más pequeña de las modulantes (modm) de las modulantes (mod1, mod2, mod3) asociadas a las ramas de puente (B1, B2, B3) .

21. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según la reivindicación anterior, caracterizado porque si la rama de puente que va a bloquearse es la que corresponde a la más grande de las modulantes, entonces la rama de puente se bloquea en el estado alto, y si la rama de puente que va a bloquearse es la que corresponde a la más pequeña de las modulantes, entonces la rama de puente se bloquea en el estado bajo.

45 22. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 21, caracterizado porque un método de producción de funciones de conmutación comprende además una etapa de determinar una cantidad de neutro (Vn0) que debe añadirse a una modulante en función de un estado alto o bajo de una rama de puente que va a bloquearse.

50 23. Procedimiento de gobierno de un puente (1) de potencia según la reivindicación anterior, caracterizado porque:

- si una rama (Bj) debe bloquearse en el estado alto entonces la cantidad de neutro (vn0) es igual a un primer valor máximo (Max) menos la modulante asociada a dicha rama (vn0 = Max - modj) , y

- si la rama (Bj) debe bloquearse en el estado bajo entonces la cantidad de neutro (vn0) es igual a un segundo valor mínimo (Min) menos la modulante asociada a dicha rama (vn0 = Min - modj) .

24. Dispositivo de gobierno de un puente (1) de potencia destinado a controlar una carga (3) eléctrica que comprende varias fases, estando el puente (1) de potencia destinado a conectarse a la carga (3) eléctrica mediante varias ramas (B1, ..., B3) , al menos una por fase, y estando destinado a controlarse mediante funciones de conmutación (SC1, SC2, SC3) , determinando dichas funciones de conmutación vectores de control ( V0, ..., V7) para controlar la carga, subdividiéndose dichos vectores de control ( V0, ..., V7)

en vectores de control de rueda libre ( V0, V7) y en vectores de control activos ( V1, ..., V6) , comprendiendo este dispositivo medios dispuestos para:

- seleccionar un primer método de producción de funciones de conmutación que produce un número reducido de combinación de funciones de conmutación correspondientes a vectores de control de rueda libre ( V0, V7) o un segundo método de producción de funciones de conmutación que produce únicamente combinaciones de funciones de conmutación correspondientes a vectores de control activos ( V1, ..., V6) , estando definidos dichos métodos en función de un vector de tensión de consigna dado ( V*) y que comprende una etapa de determinación de una modulante (mod1, mod2, mod3) asociada a cada rama del puente a partir de consignas de tensión escalares (V1*, V2*, V3*) , y

- aplicar dicho método seleccionado para producir una sucesión de vectores de controles a partir de las combinaciones de funciones de conmutación producidas,

caracterizado porque este dispositivo comprende medios dispuestos para

- comparar modulantes trasladadas una cantidad de neutro con una portadora, estando asociada una modulante a cada rama de puente,

- definir funciones de conmutación (SC) para controlar dicho puente.