Procedimiento para accionar una válvula electrónica.

Un procedimiento de accionamiento de una válvula electrónica (18),

en particular una válvula adaptada parautilizarla en un convertidor de potencia, en el que:

- un proceso de cambio de un estado de carga de un electrodo de control (17) de la válvula (18), en particularde una puerta aislada, se realiza repetidamente, en el que el proceso es un proceso para ser realizado tanto para laconexión como la desconexión de la válvula,

- para una ejecución del proceso, se determina si se ha alcanzado un estado de accionamiento específico enun punto previamente determinado en el tiempo y se obtiene un resultado de la determinación correspondiente, en elque el estado de accionamiento específico es un estado en el cual por lo menos una cantidad eléctrica cumple unacondición previamente definida y caracterizado porque el proceso del cambio del estado de carga se adapta parauna ejecución futura del proceso utilizando el resultado de la determinación.

Procedimiento para accionar una válvula electrónica La invención se refiere a un procedimiento de accionamiento de una válvula electrónica, en particular una válvula adaptada para utilizarla en un convertidor de alta potencia tal como un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) , en el que un proceso de cambio de un estado de carga de un electrodo de control de la válvula se realiza repetidamente de una manera similar. Más particularmente, la invención se refiere a convertidores que comprenden válvulas de este tipo, por ejemplo para la distribución de energía eléctrica a un motor de accionamiento de un vehículo de tracción ferroviario. Adicionalmente, la invención se refiere a una instalación correspondiente para el accionamiento de la válvula electrónica.

El control de válvulas mediante la utilización de señales de impulso generadas por un dispositivo de control es muy conocido en la técnica. En particular, un primer borde de una señal de impulso inicia un proceso de conexión de por lo menos una de las válvulas y un segundo borde de la señal impulso inicia un proceso de desconexión de la válvula o de las válvulas. El primer borde puede estar definido por un incremento a modo de escalón de una tensión desde un bajo potencial hasta un alto potencial en una entrada de la señal de control de un circuito excitador, o, en el caso de un impulso ligero, por una transición desde oscuridad a iluminado en una entrada de señal de control. El segundo borde puede estar definido por una disminución a modo de escalón de la tensión desde un alto potencial hasta un bajo potencial en la entrada de la señal de control o por una transición desde iluminado a oscuridad en la entrada de la señal de control. En particular, el inicio de un proceso de conmutación causa un flujo de corriente hacia o desde el electrodo de control (por ejemplo, la puerta) de la válvula, por lo que el electrodo de control es cargado o descargado y, como resultado, se capacita o se impide un flujo de corriente a través de la válvula. Sin embargo, la invención, la cual será descrita más adelante en este documento, también puede ser aplicada en conexión con otras formas de realización de la iniciación o del control del proceso de conmutación.

En los últimos tiempos, las tensiones colector-emisor de los transistores bipolares de puerta aislada han incrementado significativamente. Por ejemplo, se ha hecho posible conmutar tensiones de algunos miles de voltios, por ejemplo tensiones variando entre 3300 o 6500 V. Como resultado, la tarea de la reducción de las pérdidas de conmutación ha ganado significancia, particularmente, en cuanto concierne a los transistores bipolares de puerta aislada, los cuales se utilizan en convertidores. La velocidad de conmutación es un factor importante el cual se tiene que tener en cuenta para diversas cantidades, tales como las propiedades individuales del transistor bipolar de puerta aislada, la temperatura de funcionamiento, el nivel de la tensión que se va a conmutar, en nivel de la corriente que fluye a través de la válvula y cualquier falta de precisión de un dispositivo de excitación para excitar una corriente eléctrica hacia o desde el electrodo de control. Si una válvula, conectada en serie a otra válvula se conmuta demasiado rápido, puede ocurrir un cortocircuito. Si la velocidad de conmutación no puede ser controlada con precisión, será por lo tanto necesario reducir la velocidad del proceso de conmutación.

El documento CA 2456681 A1 revela un proceso de control para mandar la abertura o el cierre de un componente de potencia electrónico, en el que el proceso de mandato comprende una pluralidad de etapas para controlar la aplicación de una sucesión de diferentes tensiones de conmutación en un electrodo de control de dicho componente entre el instante en el que empieza el proceso del mandato y el instante en el que debe detenerse la abertura o el cierre del componente de potencia electrónico, el paso de una etapa a la etapa siguiente es el proceso de mandato que está siendo efectuado automáticamente tan pronto como se satisface la condición correspondiente de paso. El proceso de control comprende las siguientes etapas: (a) leer la válvula de por lo menos un parámetro funcional característico de la reacción del componente de potencia electrónico en respuesta a la aplicación sucesiva de dichas tensiones de conmutación, (b) verificar, gracias a la lectura de los valores, si esta reacción del componente de potencia electrónico se produce en un tiempo otorgado previamente, (c) si es así, permitir dicho que proceso de mandato continúe normalmente, y (d) si no es así, interrumpir dicho proceso de mandato e inmediatamente disparar un proceso para salvaguardar la integridad del componente de potencia electrónico.

El documento US 5, 107, 190 revela un medio y un procedimiento para amplificadores de potencia para reducir la energía transitoria disipada en ellos. Está provisto un aparato electrónico para excitar una carga, que comprende un amplificador de potencia provisto de una salida para el acoplamiento a la carga, medios de excitación acoplados a la entrada del amplificador para proporcionar corriente al mismo durante una primera parte de una señal repetitiva (por ejemplo, cuando el amplificador está conectado) medios de muestreo acoplados a la salida del amplificador para medir la salida del amplificador durante una segunda parte de la señal repetitiva que sigue a la primera parte de la misma (por ejemplo, cuando el amplificador está siendo desconectado) y medios de retroalimentación acoplados a los medios de muestreo para regular la corriente provista al amplificador durante la primera parte de una ocurrencia subsiguiente de la señal repetitiva en respuesta a la salida muestreada.

Según una forma de realización de una instalación de amplificador de potencia, la salida del amplificador es muestreada cerca o durante un intervalo de conmutación durante o al final de un intervalo de almacenaje de carga cuando el amplificador es desconectado. Una señal proporcional a la salida muestreada es retroalimentada para ajustar la cantidad de energía, corriente o carga que está siendo suministrada al amplificador cuando el amplificador está conduciendo o se convierte en conductor.

El artículo "Control predictivo que hace máximo el rendimiento de un rectificador síncrono”, por Steve Mappus, publicado en Tecnología de la electrónica de potencia, mayo 2003, revela una técnica de control - excitación digital que optimiza los retrasos de la conexión y la desconexión de diferentes transistores de efecto de campo metal -oxido - semiconductor (MOSFET) en rectificadores síncronos. Utiliza un sistema de retroalimentación de bucle cerrado para detectar la conducción cuerpo - diodo y ajusta continuamente los retrasos de tiempo muerto para minimizar el intervalo del tiempo de conducción. El tiempo muerto entre la desconexión de un conmutador principal y la conexión del rectificador síncrono se adapta. El tiempo muerto es el tiempo entre la desconexión del transistor de efecto de campo metal - oxido - semiconductor del conmutador principal y la conexión del otro transistor de efecto de campo metal - oxido - semiconductor.

Existen diferentes enfoques para realizar el proceso de control para la conmutación de la conexión y desconexión de la válvula. Todos estos enfoques pueden ser realizados en conexión con la invención, la cual se describirá más adelante en este documento. Por ejemplo, una fuente de tensión con una tensión que se puede controlar puede ser utilizada en combinación con una resistencia, colocada en una conexión eléctrica entre la fuente de tensión y el electrodo de control de la válvula. Según otro enfoque, se puede utilizar un amplificador de tensión con pendientes de la tensión previamente programadas. Adicionalmente, puede estar provisto un amplificador de la fuente de corriente con niveles previamente programados de la corriente hacia o desde el electrodo de control. En cualquier caso, el proceso de conmutación de conexión de la válvula o de conmutación de la desconexión de la misma puede ser dividido en una pluralidad de zonas horarias, en el que la tensión de la fuente de tensión, la pendiente de la tensión y el amplificador de la tensión o el nivel de la corriente del amplificador de la fuente de corriente difieran de una zona horaria a otra zona horaria. La zona horaria respectiva se termina mediante un evento, tal como el evento en el que la tensión de la puerta-emisor de un transistor bipolar de puerta aislada alcance un nivel definido previamente.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento y una instalación de la clase indicada antes en este documento mediante el cual sea posible controlar... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de accionamiento de una válvula electrónica (18) , en particular una válvula adaptada para utilizarla en un convertidor de potencia, en el que:

-un proceso de cambio de un estado de carga de un electrodo de control (17) de la válvula (18) , en particular de una puerta aislada, se realiza repetidamente, en el que el proceso es un proceso para ser realizado tanto para la conexión como la desconexión de la válvula,

-para una ejecución del proceso, se determina si se ha alcanzado un estado de accionamiento específico en un punto previamente determinado en el tiempo y se obtiene un resultado de la determinación correspondiente, en el que el estado de accionamiento específico es un estado en el cual por lo menos una cantidad eléctrica cumple una condición previamente definida y caracterizado porque el proceso del cambio del estado de carga se adapta para una ejecución futura del proceso utilizando el resultado de la determinación.

2. El procedimiento de la reivindicación anterior en el que:

-dependiendo del resultado de la determinación, por lo menos una cantidad se ajusta a fin de adaptar el proceso del cambio del estado de carga, y

-si el estado de accionamiento no se alcanza en el punto previamente determinado en el tiempo, la por lo menos una cantidad se ajusta mediante una cantidad previamente determinada o mediante una fracción previamente determinada del valor instantáneo de la cantidad y/o mediante una fracción previamente determinada de un valor máximo de la cantidad.

3. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que

-dependiendo del resultado de la determinación, por lo menos una cantidad se ajusta a fin de adaptar el proceso del cambio del estado de carga y

-si el estado de accionamiento no se alcanza en el punto previamente determinado en el tiempo, la por lo menos una cantidad se cambia a un valor seleccionado a partir de un conjunto de valores previamente determinados, y

-el valor se selecciona según el resultado de la determinación.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que se calcula un nuevo valor de la por lo menos una cantidad, nuevo valor el cual es válido para la próxima ejecución siguiente del proceso de cambio del estado de carga del electrodo de control y en el que el nuevo valor se determina sin ambigüedad mediante un valor previo de la cantidad y mediante el resultado de la determinación.

5. El procedimiento de cualquiera de las tres reivindicaciones anteriores en el que la por lo menos una cantidad es una corriente eléctrica hacia o desde el electrodo de control (17) .

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el proceso del cambio del estado de carga se va a realizar dentro de una pluralidad de zonas horarias de duraciones establecidas.

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la válvula (18) comprende un colector, un emisor (principal) y un emisor (kelvin) y en el que el estado de accionamiento específico se determina mediante la observación de una tensión entre el colector y uno de los emisores así como la observación de una tensión entre el emisor (principal) y el emisor (kelvin) .

8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el proceso de cambio del estado de carga se adapta utilizando el resultado de la determinación de modo que la duración del cambio del estado de carga se mantiene dentro de una ventana de tiempos de una duración previamente determinada.

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el punto previamente determinado en el tiempo se determina previamente mediante un intervalo de tiempo de una duración establecida.

10. El procedimiento de la reivindicación 9 en el que proceso se inicia a la recepción de una señal de control en un conjunto de control (10) para controlar el proceso del cambio del estado de carga del electrodo de control (17) y en el que el intervalo de tiempo arranca en el momento de la recepción de la señal de control en el conjunto de control (10) .

11. El procedimiento de la reivindicación 9 en el que el estado de accionamiento específico es un primer estado de accionamiento específico y en el que el intervalo de tiempo arranca en el momento en el que la válvula alcanza un segundo estado de accionamiento específico.

12. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el punto previamente determinado en el tiempo se define utilizando un reloj (11) y en el que el reloj (11) se utiliza también como un generador de señales de reloj para un dispositivo de lógica, el cual está adaptado para controlar un accionamiento de la válvula.

13. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que el proceso es uno de una pluralidad de procesos consecutivos para ser realizados a fin de cambiar el estado de carga del electrodo de control (17) , en particular a fin de conectar o a fin de desconectar la válvula (18) .

14. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que se define un intervalo del tiempo de tolerancia, en el que el punto previamente determinado en el tiempo está dentro del intervalo del tiempo de tolerancia y en el que se determina que el estado de accionamiento específico es alcanzado en el punto previamente determinado en el tiempo si el estado de accionamiento específico se alcanza dentro del intervalo de tiempo de tolerancia.

15. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la por lo menos una cantidad, en particular una corriente eléctrica hacia o desde el electrodo de control (17) se puede ajustar a fin de adaptar el proceso y en el que la por lo menos una cantidad se ajusta de forma correspondiente al resultado de la determinación.

16. El procedimiento de la reivindicación 15 en el que se escoge un valor inicial de la por lo menos una cantidad, la cual cumple una de, o todas, las siguientes condiciones:

-una velocidad de cambio de una tensión eléctrica en la válvula (18) , o en un circuito excitador (12) para controlar un accionamiento de la válvula (18) , en particular una tensión de puerta - emisor,

-la tensión eléctrica,

-una velocidad de cambio de una corriente eléctrica que fluye a través de la válvula (18) está o están dentro de los límites específicos, en particular no superiores a un límite.

17. El procedimiento de la reivindicación 15 o 16 en el que, si el estado de accionamiento específico no se alcanza en el punto previamente determinado en el tiempo, la por lo menos un cantidad se ajusta mediante una cantidad previamente determinada o mediante una fracción previamente determinada del valor instantáneo de la cantidad.

18. El procedimiento de la reivindicación 17 en el que la por lo menos una cantidad se ajusta mediante una fracción la cual está en la gama de 0, 1 hasta el 1% de un valor máximo de la por lo menos una cantidad, si el estado de accionamiento específico no se alcanza en un punto previamente determinado en el tiempo.

19. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18 en el que el proceso se termina en el punto previamente determinado en el tiempo cambiando un valor de la por lo menos una cantidad, en particular cambiando la corriente hacia o desde el electrodo de control (17) .

20. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que se define un evento, en el que se determina un segundo punto en el tiempo, cuando el evento ocurre y de ese modo se alcanza el estado de accionamiento específico, y en el que se evalúa si el segundo punto en el tiempo es anterior o posterior al punto previamente determinado en el tiempo.

21. El procedimiento de la reivindicación 20 en el que la evaluación de si el segundo punto en el tiempo es anterior o posterior al punto previamente determinado en el tiempo se utiliza para la adaptación del proceso, si es necesario, para la futura ejecución del proceso.

22. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que una cantidad, la cual es característica para un estado de accionamiento de la válvula (18) , se evalúa en el punto previamente determinado en el tiempo y se compara con un valor de comparación a fin de determinar si se ha alcanzado el estado de accionamiento específico en el punto previamente determinado en el tiempo.

23. Una instalación para el accionamiento de una válvula electrónica (18) , en particular una válvula adaptada para utilizarla en un convertidor de potencia, en el que la instalación comprende:

-un dispositivo excitador (12) adaptado para excitar una corriente eléctrica hacia y/o desde un electrodo de control (17) , en particular de una puerta aislada, de la válvula (18) ,

caracterizado por

-un dispositivo de determinación (16) adaptado para determinar para una ejecución de un proceso de cambio de un estado de carga del electrodo de control (17) si se ha alcanzado un estado de accionamiento específico de la válvula (18) en un punto previamente determinado en el tiempo y adaptado para obtener un resultado de la determinación correspondiente, en el que el proceso es un proceso para ser realizado tanto para una conexión como para una desconexión de la válvula y en el que el estado de accionamiento específico es un estado en el cual por lo menos una cantidad eléctrica cumple una condición previamente definida, y

-un conjunto de control (10) para controlar repetidamente el proceso de cambio del estado de carga, en el que el conjunto de control (10) está conectado a un dispositivo de determinación o comprende el dispositivo de determinación (16) y en el que el conjunto de control (10) está adaptado para realizar una ejecución futura del proceso de cambio del estado de carga del electrodo de control (17) mediante el control del dispositivo excitador (12) de una manera correspondiente teniendo en cuenta el resultado de la determinación.

24. La instalación de la reivindicación 23 en la que el conjunto de control (10) está conectado a un reloj de alta precisión (11) el cual es capaz de transferir señales de reloj al conjunto de control (10) a una precisión de por lo menos 100 ppm, preferiblemente de por lo menos 70 ppm.

25. La instalación de la reivindicación 23 o 24 en la que un dispositivo de determinación de eventos (16) está conectado al conjunto de control (10) y en el que el dispositivo de determinación de eventos (16) está adaptado para determinar una ocurrencia de un evento previamente definido durante la carga o la descarga del electrodo de control (17) .

26. Un convertidor (21) para convertir una corriente, en particular para una aplicación de alta potencia tal como la provisión de energía eléctrica a un motor de accionamiento (25) para un vehículo de tracción ferroviario, en el que el convertidor (21) comprende la instalación de una de las reivindicaciones 23 a 25, en el que el convertidor (21) puede ser accionado mediante la conexión y la desconexión repetidamente de la válvula (18) y en el que la instalación y el dispositivo de control (17) están conectados una al otro a través de una conexión para descargar o cargar el electrodo de control.

27. Un dispositivo de lógica programable que comprende el conjunto de control (10) de una de las reivindicaciones 23 a 25, en el que el dispositivo de lógica programable está adaptado para controlar el proceso del cambio del estado de carga del electrodo de control (17) según el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22.