Dispositivo de multicelda para conversión de energía.

Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica entre una fuente de tensión (2) continua y una fuente de corriente (4),

que comprende de una parte celdas de conmutación (10ik), que comprenden cada una dos interruptores (12i, k, 14i, k) estando cada una por sí misma constituida de al menos un componente que forma interruptor, de otra parte de condensadores (20i, k) asociados a las celdas (10i, k) de conmutación y adaptados para mantener entre los bornes homólogos de los dos interruptores de cada celda una tensión de carga igual a una fracción de la tensión de la fuente de tensión (2), decreciente en función de su rango a partir de la fuente de tensión (2) y los bornes homólogos de los interruptores situados en el extremo del dispositivo próximo de la fuente de corriente (4) siendo cortocircuitables, además de dispositivos de control (16i, k) conectados cada uno con una celda de conmutación (10i, k) y adaptados para controlar las conmutaciones de los dos interruptores (12i, k, 14i, k) de la celda asegurando estados opuestos, así como medios de pilotaje (22, 24, 30, 32) de los dispositivos de control adaptados para el suministro de una señal de referencia adaptada con la conversión deseada, caracterizado porque comprende al menos dos etapas (8i) montadas en paralelo que comprende cada una al menos dos celdas (10i, 1, ... 10i, p) y al menos un condensador (20i, 1, ... 20i, p-1), definiendo los dichos estados dos grupos extremos de interruptores (121, 1, ... 121, p 14n, 1, ... 14n, p) y al menos un grupo intermedio de interruptores común a dos estados sucesivos, comprendiendo los dos grupos extremos cada uno dos interruptores, conectados en serie, de cada celda que corresponde respectivamente a la primera y a la segunda etapa, comprendiendo el grupo intermedio pares interruptores (12i, k, 14i-1k), conectados en serie, de celdas que pertenecen a dos etapas cercanas y porque los condensadores (201, k, ..., 20n, k) del mismo rango (18k) están conectados transversalmente en serie entre los dos grupos extremos.

Dispositivo de multicelda para conversión de energía La presente invención se relaciona con un dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica, entre una fuente de tensión continua y una fuente de corriente.

Más particularmente la invención se relaciona con un tal dispositivo que comprende de una parte celdas de conmutación que comprenden cada una dos interruptores, estando cada uno constituido por sí mismo de al menos un componente que forma un interruptor, de otra parte condensadores asociados a las celdas de conmutación y adaptados para mantener entre los bornes homólogos de los dos interruptores de cada celda una tensión de carga igual a una fracción de la tensión de la fuente de tensión, creciente en función de su rango a partir de la fuente de corriente y los bornes homólogos de los interruptores situados en el extremo del dispositivo próximo de la fuente de corriente siendo "cortocircuitable", además de los dispositivos de control conectados cada uno con una celda de conmutación y adaptados para controlar las conmutaciones de los dos interruptores de la celda asegurando etapas opuestas, así como medios de pilotaje de los dispositivos de control adaptados para el suministro de una señal de referencia adaptada con la conversión deseada.

Un tal dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica se describe en la patente europea publicada bajo el número EP 0 555 432.

Comprende N celdas de conmutación, siento N un entero cualquiera superior o igual a 2. Cada celda está compuesta por dos interruptores que son controlados para presentar estados complementarios en cualquier instante. Los N interruptores de las N celdas están conectados en serie y constituyen una primera serie del dispositivo, estando conectados los N otro interruptores en serie, formando una segunda serie del dispositivo.

Las dos series de interruptores están interconectadas, de una parte, por un extremo común, con una fuente de corriente, y de otra parte, por sus extremos opuestos, a los bornes de una fuente de tensión.

A cada celda de conmutación se asocia un condensador que está conectado entre los bornes simétricos de los dos interruptores de la celda concerniente. La celda más próxima de la fuente de tensión puede estar asociada con un condensador específico bajo la hipótesis de que la fuente de tensión no es una fuente perfecta, con el objetivo de compensar estas imperfecciones.

En el caso contrario, la fuente de tensión perfecta, juega el papel de condensador con respecto al de esta celda.

Cada condensador tiene por función mantener en sus bornes una tensión, llamada tensión de carga del condensador.

Una repartición de estas tensiones de cargas Vck proporcional al rango k de cada condensador, Vck= kV/N en donde V es la tensión de los bornes de la fuente de tensión, garantiza para los bornes de los interruptores bloqueados una diferencia de tensión igual a V/N para todos los interruptores bloqueados. Así, cada condensador se escoge para presentar un contenido en tensión en función creciente de su rango, superior al valor kV/N.

Por otro lado, los programas de control pueden ser sincronizados de manera que la ondulación de la tensión de salida al dispositivo presenta una amplitud igual a V/N y una frecuencia igual a NF, en donde F es la frecuencia de conmutación de los interruptores de las celdas de conmutación. Esta tensión de salida es la tensión entre el borne de la fuente de tensión situada en el potencial más bajo y el borne de la fuente de corriente conectado al dispositivo de conversión.

Sin embargo, se asiste hoy al desarrollo de dispositivos de conversión de energía eléctrica de fuerte potencia, para niveles de tensión de la fuente de tensión más y más elevadas. El aumento de esta tensión implica indirectamente un aumento del tamaño de los condensadores del dispositivo, debiendo estos soportar fracciones de esta tensión de cada vez más importantes. Así hoy, más allá de 6 kV el precio y el volumen del dispositivo tienden a convertirse en prohibitivos.

La invención apunta a remediar los inconvenientes del dispositivo clásico descrito precedentemente creando un dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica capaz de extender el campo de utilización de los dispositivos de conversión de potencia fuerte hacia niveles de tensión más y más elevados, permitiendo una reducción importante de su volumen y conservando las propiedades del convertidor descritas en la publicación número EP 0 555 432, anotadas precedentemente.

La invención tiene por lo tanto por objeto un dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica del tipo precitado, caracterizado porque comprende al menos dos etapas montadas en paralelo que comprenden cada una al menos dos celdas y al menos un condensador, definiendo los dichos estados dos grupos extremos de interruptores y al menos un grupo intermedio de interruptores comunes a dos estados sucesivos, comprendiendo los dos grupos extremos cada uno dos interruptores, conectados en serie, de cada celda que pertenecen respectivamente a la primera y a la segunda etapa, comprendiendo el grupo intermedio pares interruptores, conectados en serie, de celdas que pertenecen a dos etapas vecinas, y porque los condensadores están conectados de manera transversal en serie entre los dos grupos extremos.

El dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica según la invención puede además comprender una o varias de las características siguientes:

- el grupo intermedio comprende interruptores, conectados en serie, de celdas que pertenecen alternativamente a dos etapas vecinas, siendo unidireccionales en tensión los dichos interruptores y bidireccionales en corriente;

- los dos interruptores de cada uno de los dichos pares están conectados en paralelo y son bidireccionales en tensión y unidireccionales en corriente;

- los componentes que forman los interruptores son todos idénticos y cada interruptor está constituido de componentes conectados en serie cuyo número está en función de la tensión máxima aplicable entre sus bornes;

- los medios de pilotaje comprenden medios de tratamiento de la señal de referencia para liberar en la salida una pluralidad de signos secundarios de referencia, y medios de transmisión de cada señal secundaria de referencia con todos los dispositivos de control de celda de conmutación de una misma etapa;

- los medios de tratamiento son adaptados para liberar una pluralidad de signos secundarios de referencia cuya suma de valores en cada instante es proporcional con el valor de la señal de referencia, cada signo secundario de referencia de un estado situado, del lado de la fuente de la tensión, entre dos niveles de potencial dados estando en cada instante del valor superior con el valor de una señal secundaria de referencia de un estado situado, del lado de la fuente de tensión, entre dos niveles de potencial superiores;

- el dispositivo comprende dos etapas;

- la parte del dispositivo situado entre los dos condensadores los más próximos de la fuente de corriente y la fuente de corriente comprende dos componentes que forman interruptores conectados en serie en cada uno de los primero y segundo grupos y dos diodos conectados de una parte en un punto situado entre los dichos dos condensadores y de otra parte en un punto situado entre los dichos dos componentes del primer y último grupos respectivamente;

- cada estado comprende dos celdas de conmutación; y

- cada estado comprende tres celdas de conmutación.

La invención será mejor comprendida con la ayuda de la descripción que viene a continuación, dada únicamente a título de ejemplo y hecha con referencia a los dibujos anexos en los cuales:

- la figura 1 es un esquema eléctrico de principio de un dispositivo de conversión según la invención en el caso más general, en el cual no está representado ningún conjunto de control;

- la figura 2 es un esquema eléctrico de principio de un dispositivo de conversión según la invención en el caso en donde comprende dos etapas y dos celdas por etapa, que detallan además un conjunto de control de este dispositivo;

- la figura 3 es un esquema eléctrico que detalla un modo de realización de las celdas de conmutación del dispositivo de conversión representado en la figura 2;

- la figura 4 representa el aspecto de las señales de referencia de un conjunto de control del dispositivo de conversión representado en la figura 2;

- la figura 5 representa el aspecto de las señales en la entrada y en la salida de un primer dispositivo... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica entre una fuente de tensión (2) continua y una fuente de corriente (4) , que comprende de una parte celdas de conmutación (10ik) , que comprenden cada una dos interruptores (12i, k, 14i, k) estando cada una por sí misma constituida de al menos un componente que forma interruptor, de otra parte de condensadores (20i, k) asociados a las celdas (10i, k) de conmutación y adaptados para mantener entre los bornes homólogos de los dos interruptores de cada celda una tensión de carga igual a una fracción de la tensión de la fuente de tensión (2) , decreciente en función de su rango a partir de la fuente de tensión (2) y los bornes homólogos de los interruptores situados en el extremo del dispositivo próximo de la fuente de corriente (4) siendo cortocircuitables, además de dispositivos de control (16i, k) conectados cada uno con una celda de conmutación (10i, k) y adaptados para controlar las conmutaciones de los dos interruptores (12i, k, 14i, k) de la celda asegurando estados opuestos, así como medios de pilotaje (22, 24, 30, 32) de los dispositivos de control adaptados para el suministro de una señal de referencia adaptada con la conversión deseada, caracterizado porque comprende al menos dos etapas (8i) montadas en paralelo que comprende cada una al menos dos celdas (10i, 1, ... 10i, p) y al menos un condensador (20i, 1, ... 20i, p-1) , definiendo los dichos estados dos grupos extremos de interruptores (121, 1, ... 121, p 14n, 1, ... 14n, p) y al menos un grupo intermedio de interruptores común a dos estados sucesivos, comprendiendo los dos grupos extremos cada uno dos interruptores, conectados en serie, de cada celda que corresponde respectivamente a la primera y a la segunda etapa, comprendiendo el grupo intermedio pares interruptores (12i, k, 14i-1k) , conectados en serie, de celdas que pertenecen a dos etapas cercanas y porque los condensadores (201, k, ..., 20n, k) del mismo rango (18k) están conectados transversalmente en serie entre los dos grupos extremos.

2. Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica según la reivindicación 1, caracterizado porque el grupo intermedio comprende interruptores (12i, k, 14i, k) , conectados en serie, de celdas que pertenecen alternativamente a dos etapas cercanas, siendo unidireccionales los dichos interruptores en tensión y bidireccionales en corriente.

3. Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica según la reivindicación 1, caracterizado porque los dos interruptores (12i, k, 14i, k) , de cada uno de los dichos pares están conectados en paralelo y porque son bidireccionales en tensión y unidireccionales en corriente.

4. Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los componentes que forman interruptores (12i, k, 14i, k) , son todos idénticos y porque cada interruptor está constituido de componentes conectados en serie cuyo número está en función de la tensión máxima aplicable entre sus bornes.

5. Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los medios de pilotaje (22, 24, 30, 32) comprenden medios de tratamiento (30, 32) de la señal de referencia para liberar a la salida una pluralidad de señales secundarias de referencia y medios de transmisión de cada señal secundaria de referencia a todos los dispositivos de control de la celda de conmutación de una misma etapa.

6. Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica según la reivindicación 5, caracterizado porque los medios de tratamiento (30, 32) están adaptados para liberar una pluralidad de señales secundarias de referencia cuya suma a los valores en cada instante es proporcional con el valor de la señal de referencia, estando cada señal secundaria referencia de una etapa situada del lado de la fuente de tensión (2) entre dos niveles de potencial dados estando en cada instante de valor superior con el valor de una señal secundaria de referencia de una etapa situada, del lado de la fuente de tensión (2) entre dos niveles de potencial superiores.

7. Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende dos etapas (81, 82) .

8. Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica según la reivindicación 7, caracterizado porque la parte del dispositivo situada entre los dos condensadores (201, 1, 202, 1) los más próximos de la fuente de corriente (4) y la fuente de corriente (4) comprende dos componentes que forman interruptores (38, 40, 42, 44) conectados en serie en cada uno del primero y último grupos y dos diodos (34, 36) conectados, de una parte, en un punto situado entre los dichos dos condensadores y, de otra parte, en un punto situado entre los dichos dos componente del primero y último grupos respectivamente.

9. Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque cada etapa (81, 82) comprende dos celdas de conmutación.

10. Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque cada etapa (81, 82) comprende tres celdas de conmutación.