DISPOSITIVO DE PROTECCIÓN DE UN VARIADOR DE VELOCIDAD CONTRA LAS SOBREINTENSIDADES.

Variador de velocidad que comprende:

- en la entrada, un módulo rectificador (12) con el fin de generar,

sobre un bus de potencia (10, 11), una tensi5 ón continua a partir de una tensión alterna disponible en una red de alimentación eléctrica (A),

- un condensador de bus (Cb) conectado entre una línea positiva y una línea negativa del bus de potencia, y

- un módulo inversor (13) alimentado por el bus de potencia y controlado de modo que proporcione una tensión alterna a una carga eléctrica (2),

- el variador (1) comprende un dispositivo de protección (14) del variador contra las sobreintensidades ligadas a las variaciones de tensión en la red de alimentación eléctrica (A), caracterizado porque: el dispositivo de protección (14) comprende:

- un primer interruptor electrónico (T1) situado sobre el bus de potencia en serie entre el módulo rectificador (12) y el condensador de bus (Cb),

- una primera resistencia (R1) montada en paralelo con el primer interruptor electrónico,

- un conjunto que comprende un segundo interruptor electrónico (T2) y una segunda resistencia (R2) montados en serie, estando dicho conjunto montado en paralelo con el primer interruptor electrónico y la primera resistencia (R1),

- medios de control (140) del primer interruptor electrónico (T1) y del segundo interruptor electrónico (T2).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09152676.

Solicitante: SCHNEIDER TOSHIBA INVERTER EUROPE SAS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 33, RUE ANDRE BLANCHET 27120 PACY SUR EURE FRANCIA.

Inventor/es: BAUDESSON,PHILIPPE, BOULHARTS,HOCINE.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 12 de Febrero de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02M1/32 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. › Medios para proteger convertidores, distintos a la desconexión automática (disposiciones de circuitos protectores de seguridad especialmente adaptados para convertidores con desconexión automática H02H 7/10).
  • H02M5/458 H02M […] › H02M 5/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente alterna en una potencia de salida en corriente alterna, p. ej. para cambiar la tensión, para cambiar la frecuencia, para cambiar el número de fases. › utilizando solamente dispositivos semiconductores.

Clasificación PCT:

  • H02H7/122 H02 […] › H02H CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación o señalización de condiciones de trabajo indeseables G01R, p. ej. G01R 31/00, G08B; localización de defectos a lo largo de las líneas G01R 31/08; dispositivos de protección H01H). › H02H 7/00 Circuitos de protección de seguridad especialmente adaptados para máquinas o aparatos eléctricos de tipos especiales o para la protección seccional de sistemas de cables o líneas, y efectuando una conmutación automática en el caso de un cambio indeseable de las condiciones normales de trabajo (asociación estructural de órganos de protección con máquinas o aparatos específicos y su protección sin desconexión automática, ver la subclase correspondiente a tales máquinas o aparatos). › para inversores, es decir, convertidores de corriente continua en corriente alterna.
  • H02M1/32 H02M 1/00 […] › Medios para proteger convertidores, distintos a la desconexión automática (disposiciones de circuitos protectores de seguridad especialmente adaptados para convertidores con desconexión automática H02H 7/10).
  • H02M5/458 H02M 5/00 […] › utilizando solamente dispositivos semiconductores.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2372137_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo de protección de un variador de velocidad contra las sobreintensidades. La presente invención se refiere a un variador de velocidad dotado de un dispositivo de protección contra las sobreintensidades generadas por sobretensiones o subtensiones en la red de alimentación eléctrica. El documento EP1862348A1 da a conocer un variador que comprende las características descritas en el preámbulo de la reivindicación 1. Como es sabido, un variador de velocidad está conectado a la red de alimentación eléctrica y está diseñado con el fin de controlar una carga eléctrica. El variador comprende, en la entrada, un módulo rectificador de tensión que transforma una tensión alterna suministrada por la red eléctrica en una tensión continua y que alimenta aguas abajo a un bus de potencia dotado de una línea positiva y una línea negativa. Un condensador de filtro, denominado comúnmente condensador de bus, está montado entre un borne positivo y un borne negativo del bus de potencia. En la salida, el variador comprende con un módulo inversor alimentado por el bus de potencia, que permite generar, a partir de la tensión continua, una tensión alterna que puede tener una amplitud y una frecuencia variables mediante el uso de interruptores electrónicos, por ejemplo, de tipo de transistor IGBT controlados mediante modulación por anchura de impulsos (MAI o PWM). La red de alimentación eléctrica puede sufrir diferentes tipos de perturbaciones, tales como sobretensiones o subtensiones. Las perturbaciones pueden ser de gran amplitud y de corta duración y, por lo tanto, débilmente energéticas, o de baja amplitud y de larga duración y, por lo tanto, muy energéticas. Si las perturbaciones son muy energéticas, algunos de los componentes del variador, tales como los diodos del módulo rectificador, el condensador de bus o los transistores del módulo inversor, podrían sufrir daños. Por consiguiente, el objetivo de la invención consiste en dar a conocer un variador de velocidad que permita absorber las perturbaciones de la red eléctrica sin que se produzcan daños. Este objetivo se consigue mediante un variador de velocidad que comprende: - en la entrada, un módulo rectificador con el fin de generar, sobre un bus de potencia, una tensión continua a partir de una tensión alterna disponible en una red de alimentación eléctrica, - un condensador de bus conectado entre una línea positiva y una línea negativa del bus de potencia, y - un módulo inversor alimentado por el bus de potencia y controlado de modo que proporcione una tensión alterna a una carga eléctrica, - un dispositivo de protección del variador contra las sobreintensidades ligadas a las variaciones de tensión en la red de alimentación eléctrica, caracterizado porque el dispositivo de protección comprende: - un primer interruptor electrónico situado sobre el bus de potencia en serie entre el módulo rectificador y el condensador de bus, - una primera resistencia montada en paralelo con el primer interruptor electrónico, - un conjunto que comprende un segundo interruptor electrónico y una segunda resistencia montados en serie, estando dicho conjunto montado en paralelo con el primer interruptor electrónico y la primera resistencia, - medios de control del primer interruptor electrónico y del segundo interruptor electrónico. De acuerdo con una característica particular, el dispositivo de protección está montado sobre la línea positiva del bus de potencia. Preferentemente, el primer interruptor electrónico es un transistor de tipo JFET, normalmente cerrado, hecho de un material con una gran energía de la banda prohibida, tal como el carburo de silicio. De acuerdo con una característica particular, los medios de control del transistor JFET están conectados entre la línea positiva y la línea negativa del bus de potencia. Estos medios de control comprenden, por ejemplo, un circuito 2   de bomba de carga capaz de aplicar una tensión de control al transistor JFET. Preferentemente, el segundo interruptor electrónico es de tipo normalmente abierto. Los medios de control del segundo interruptor electrónico comprenden un circuito de bomba de carga capaz de aplicar una tensión de control al segundo interruptor electrónico. Según la invención, los medios de control comprenden medios de almacenamiento que memorizan un valor umbral de la tensión medida en los bornes del transistor JFET, por encima del cual los medios de control ordenan la apertura del transistor JFET. Asimismo, los medios de almacenamiento memorizan una duración predeterminada después de la cual, si la tensión medida en los bornes del transistor JFET es mayor que el valor umbral, se ordena el cierre del segundo interruptor electrónico. Los medios de almacenamiento pueden memorizar un valor umbral de la tensión medida entre la línea positiva y la línea negativa del bus de potencia, por encima del cual se ordena el cierre del segundo interruptor electrónico. Preferentemente, el variador también comprende un dispositivo para proteger el módulo rectificador contra las sobretensiones. Este dispositivo para proteger el módulo rectificador contra las sobretensiones comprende, por ejemplo, un transistor de limitación de tipo JFET normalmente cerrado y un diodo Zener, conectados ambos en paralelo entre la línea positiva y la línea negativa del bus de potencia. De forma alternativa, el dispositivo para proteger el módulo rectificador contra las sobretensiones comprende un varistor de tipo GMOV conectado entre la línea positiva y la línea negativa del bus de potencia. Otras características y ventajas aparecerán en la descripción detallada que sigue haciendo referencia a un modo de realización dado a título de ejemplo y representado en los dibujos adjuntos, en los cuales la figura 1 representa, de forma simplificada, un variador de velocidad dotado del dispositivo de protección de la invención. Haciendo referencia a la figura 1, un regulador de velocidad 1 comprende una fuente de tensión continua que alimenta un bus de potencia con una tensión continua Vdc. (por ejemplo, del orden de 200 a 800 Vdc. o más, dependiendo de las condiciones de uso). El bus de potencia está compuesto por una línea positiva 10 y una línea negativa 11. Normalmente se utiliza un condensador de bus Cb con el fin de mantener constante la tensión continua Vdc. del bus de potencia. Este condensador de bus Cb está conectado entre un borne positivo y un borne negativo del bus de potencia y, por lo general, es de tipo electrolítico. En la figura 1, el variador 1 comprende, en la entrada, un módulo rectificador 12 que está diseñado para rectificar tensión trifásica alterna procedente de una red de alimentación exterior A (por ejemplo, una red eléctrica trifásica de 380 VCA). Este módulo rectificador 12 utiliza ventajosamente unos diodos 120 que son más económicos y más fiables que los tiristores. El variador de velocidad 1 comprende además, en la salida, un módulo inversor 13 que permite, a partir de un bus de potencia, controlar una carga eléctrica 2 con una tensión alterna que puede tener una amplitud y una frecuencia variables. El módulo inversor 13 utiliza para este fin un control por modulación por anchura de impulsos (MAI o PWM) para controlar los interruptores electrónicos de potencia 130 montados sobre cada fase. Estos interruptores son transistores de potencia, por ejemplo de tipo IGBT, controlados por un módulo de control, no representado en la figura. En la figura 1, el módulo inversor 13 comprende tres ramas que permiten entregar una tensión alterna trifásica a la carga eléctrica 2, y cada rama está dotada de dos transistores de potencia en serie entre un borne positivo y un borne negativo del bus de potencia, es decir, un total de seis transistores de potencia. La invención consiste en la colocación de un dispositivo de protección 14 en el variador con el fin de protegerlo contra las sobreintensidades ligadas a las variaciones de tensión en la red de alimentación eléctrica A. Estas sobreintensidades pueden ser generadas por dos fenómenos distintos: - durante una sobretensión, se produce una fuerte entrada de corriente en el condensador de bus Cb que puede causar daños en el puente de diodos del módulo rectificador 12 y una fuerte sobretensión en el bus de potencia que puede causar daños en el módulo inversor 13 y en el condensador de bus Cb, - cuando se retorna a la normalidad, después de una subtensión, se produce igualmente una fuerte entrada de corriente en el condensador de bus Cb que puede causar daños en el puente de diodos del módulo rectificador 12. Por tanto, es necesario limitar la corriente de entrada en el módulo rectificador 12 con el fin de protegerlo durante la aparición de una sobretensión o una subtensión en la red A. Para ello, el dispositivo 14 de la invención comprende un primer interruptor electrónico,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

- en la entrada, un módulo rectificador (12) con el fin de generar, sobre un bus de potencia (10, 11), una tensión continua a partir de una tensión alterna disponible en una red de alimentación eléctrica (A), - un condensador de bus (Cb) conectado entre una línea positiva y una línea negativa del bus de potencia, y - un módulo inversor (13) alimentado por el bus de potencia y controlado de modo que proporcione una tensión alterna a una carga eléctrica (2), - el variador (1) comprende un dispositivo de protección (14) del variador contra las sobreintensidades ligadas a las variaciones de tensión en la red de alimentación eléctrica (A), caracterizado porque: el dispositivo de protección (14) comprende: - un primer interruptor electrónico (T1) situado sobre el bus de potencia en serie entre el módulo rectificador (12) y el condensador de bus (Cb), - una primera resistencia (R1) montada en paralelo con el primer interruptor electrónico, - un conjunto que comprende un segundo interruptor electrónico (T2) y una segunda resistencia (R2) montados en serie, estando dicho conjunto montado en paralelo con el primer interruptor electrónico y la primera resistencia (R1), - medios de control (140) del primer interruptor electrónico (T1) y del segundo interruptor electrónico (T2). 2. Variador según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de protección (14) está montado sobre la línea positiva (10) del bus de potencia. 3. Variador según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el primer interruptor electrónico es un transistor (T1) de tipo JFET. 4. Variador según la reivindicación 3, caracterizado porque el transistor JFET (T1) está hecho de carburo de silicio. 5. Variador según la reivindicación 3 o 4, caracterizado porque el transistor JFET (T1) es de tipo normalmente cerrado. 6. Variador según una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque los medios de control (140) del transistor JFET (T1) están conectados entre la línea positiva (10) y la línea negativa (11) del bus de potencia. 7. Variador según la reivindicación 6, caracterizado porque los medios de control (140) comprenden un circuito de bomba de carga capaz de aplicar una tensión de control al transistor JFET. 8. Variador según una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque el segundo interruptor electrónico es de tipo normalmente abierto. 9. Variador según la reivindicación 8, caracterizado porque los medios de control del segundo interruptor electrónico comprenden un circuito de bomba de carga capaz de aplicar una tensión de control al segundo interruptor electrónico (T2). 10. Variador según una de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizado porque los medios de control (140) comprenden medios de almacenamiento que memorizan un valor umbral (S2) de la tensión (V) medida en los bornes del transistor JFET (T1), por encima del cual los medios de control (140) ordenan la apertura del transistor JFET (T1) 11. Variador según la reivindicación 10, caracterizado porque los medios de almacenamiento memorizan una duración predeterminada después de la cual, si la tensión (V) medida en los bornes del transistor JFET (T1) es mayor que el valor umbral (S2), se ordena el cierre del segundo interruptor electrónico (T2). 12. Variador según una de las reivindicaciones 3 a 11, caracterizado porque los medios de control (140) 7   comprenden medios de almacenamiento que memorizan un valor umbral (S1) de la tensión medida entre la línea positiva (10) y la línea negativa (11) del bus de potencia, por encima del cual se ordena el cierre del segundo interruptor electrónico (T2). 13. Variador según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque comprende además un dispositivo para proteger el módulo rectificador (12) contra las sobretensiones. 14. Variador según la reivindicación 13, caracterizado porque el dispositivo para proteger el módulo rectificador (12) contra las sobretensiones comprende un transistor de limitación (T3) de tipo JFET normalmente cerrado y un diodo Zener (Z1), conectados ambos en paralelo entre la línea positiva (10) y la línea negativa (11) del bus de potencia. 15. Variador según la reivindicación 13, caracterizado porque el dispositivo para proteger el módulo rectificador contra las sobretensiones comprende un varistor (M1) de tipo GMOV conectado entre la línea positiva (10) y la línea negativa (11) del bus de potencia. 8   9

 

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