Aparato de conversión de energía eléctrica.

Un aparato de conversión de energía eléctrica que comprende:

un convertidor (1) para rectificar una energía eléctrica de CA;

un condensador (2) conectado a un lado de CC del convertidor (1);

un inversor (3) para convertir en energía eléctrica de CA la energía eléctrica de CC almacenada en el condensador(2);

una unidad (4) de control de inversor para controlar el inversor (3); y

un dispositivo (8) de medición del voltaje para la medición de un voltaje del condensador, como un voltaje delcondensador (2);

en el que la unidad (4) de control de inversor comprende una unidad (21) de control, no pulsada, para obtener unfactor de modulación compensado mediante el cálculo de un factor de modulación para que sea inversamenteproporcional al voltaje del condensador,

caracterizado por que la unidad (4) de control de inversor comprende además una unidad (22) de fijación defrecuencia para proporcionar el factor de modulación o el factor de modulación compensado, en una maneraconmutada, dentro de un ciclo de una frecuencia de un voltaje de CA proporcionado desde el inversor en un intervalode frecuencias predeterminado que incluye una frecuencia en la que se produce un fenómeno de pulsación, para fijara un valor de consigna una frecuencia del voltaje de CA.

Aparato de conversión de energía eléctrica.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un aparato de conversión de energía eléctrica que tiene un convertidor y un inversor que convierte la energía eléctrica de CC proporcionada desde el convertidor en energía eléctrica de CA con frecuencia variable/voltaje variable. Especialmente, la invención se refiere a un aparato de conversión de energía eléctrica mediante el cual, cuando un motor está conectado a su lado de salida, puede prevenirse una fluctuación del par del motor debida al rizado debido a la rectificación, generado por el convertidor.

Antecedentes de la técnica Un voltaje a través de un condensador conectado a un lado de CC de un convertidor (al que se hace referencia como un voltaje del condensador) incluye una componente de rizado (rizado de rectificación) . Teniendo en cuenta que la frecuencia de la energía eléctrica de una fuente es f0, la frecuencia de la componente de rizado es 2 * f0 cuando la fuente es de CA monofásica, y 6 * f0 cuando la fuente es de CA trifásica.

Debido a que el voltaje del condensador es introducido a un inversor, el voltaje de CA proporcionado desde el inversor incluye también el componente de rizado. Cuando la frecuencia de salida del inversor se acerca a la frecuencia de rizado del voltaje del condensador, debido a la diferencia de frecuencia entre los mismos, se produce un fenómeno de pulsación en el que la energía eléctrica de CA, tal como es proporcionada desde el inversor, y un par de torsión del motor accionado por el inversor fluctúan. La razón de la ocurrencia del fenómeno de pulsación se atribuye a las características de amplitud del voltaje de salida del inversor, en las que la característica del lado positivo y la característica del lado negativo no se equilibran durante un ciclo.

Se ha considerado un procedimiento para prevenir el fenómeno de pulsación, en el que, en un caso de una componente de rizado incluida en el voltaje de entrada del inversor, la frecuencia de funcionamiento del inversor es variada de manera que el valor de la integral del voltaje en el tiempo para un semiciclo del lado positivo y el de la integral para un semiciclo del lado negativo se igualan iguales entre sí. En este procedimiento, la razón de la variación de la frecuencia de operación del inversor es que el fenómeno de pulsación se produce a una frecuencia que está incluida en una región de voltaje constante y frecuencia variable en la que el voltaje no puede ser controlado (por ejemplo, véase el documento JP H0746918B) .

Un procedimiento para eliminar o controlar la pulsación ha sido considerado también en un control vectorial, en el que se controla una fase de un vector de voltaje (por ejemplo, véase el documento JP3310193B) .

Mediante la detección de la componente de rizado del voltaje del condensador, la fase de la componente de rizado detectada es desplazada hacia adelante, y se obtiene un valor de voltaje mediante la suma con una componente de CC del voltaje del condensador. De esta manera, se ha considerado también un procedimiento para controlar un factor de modulación usando el valor del voltaje (por ejemplo, véase el documento JP3540665B) .

La técnica anterior más relevante incluye el documento de patente US 2004/207360 A1, el artículo “A new PWM method to reduce beat phenomenon in large capacity inverters with low-switching frequency”, Iwaji et al., Industrial Application Conference, 1197 (páginas 1.512-1.519) . Una técnica anterior relevante adicional se describe en los documentos de patente JP 59 169383 A y JP 01 227693 A.

El documento US 2004/207360 A1 describe un controlador de inversor para accionar un motor, que incluye un rectificador que comprende: un reactor, un inversor, un condensador, un generador que genera un valor de consigna de voltaje para cada fase del motor, un detector que detecta un voltaje de CC entre los buses de CC del inversor, un primer corrector que calcula un coeficiente de corrección de voltaje comparando el voltaje de CC con un voltaje de CC de referencia predeterminado, un segundo corrector que corrige el valor de consigna de voltaje multiplicando el valor de consigna de voltaje y el coeficiente de corrección de voltaje, un selector que selecciona entre una modulación bifásica o una modulación trifásica como un tipo de modulación, un ordenador que procesa una frecuencia portadora, y un controlador de modulación de ancho de pulso que controla una modulación del ancho de pulso de manera que un valor de un voltaje a aplicar al motor sea igual al valor de consigna de voltaje corregido usando el tipo de modulación seleccionado y la frecuencia portadora seleccionada.

El artículo “A new PWM method to reduce beat phenomenon in large capacity inverters with low-switching frequency” se refiere a la supresión del fenómeno de pulsación en un procedimiento asíncrono de modulación de ancho de pulso (PWM) . La relación de la frecuencia portadora a la frecuencia natural debe ser al menos de 15-20 con el fin de suprimir el fenómeno de pulsación. Sin embargo, es imposible conseguir esta condición para inversores de gran capacidad (por ejemplo, inversores con tiristores de puerta de corte rápido) , cuando la frecuencia fundamental es alta. En base a la suposición de que el fenómeno de pulsación es causado por un error generado en el procedimiento PWM, la solución propuesta es la introducción de un compensador para reducir el error. Como resultado, puede reducirse el fenómeno de pulsación para una frecuencia portadora baja.

El documento JP 59 169383 A describe un controlador de voltaje de salida para un inversor en un sistema de control vectorial, usado para controlar, de manera precisa, un inversor a pesar de las variaciones en un voltaje de CC, obteniendo el conjunto de valores de voltaje trifásico obtenido por el control vectorial, convirtiendo de bifásico a trifásico el resultado de dividir el valor detectado del voltaje de CC de un inversor por un voltaje de referencia.

El documento JP 01 227693 A describe un aparato y un procedimiento para eliminar una pulsación de par y prevenir que un inversor PWM reduzca su capacidad de salida debido a una pulsación, variando el factor de modulación del control PWM en respuesta a un voltaje de CC.

Descripción de la invención Problemas a resolver por la invención En el procedimiento convencional para resolver o reducir el fenómeno de pulsación, debido a que la frecuencia del voltaje proporcionado por el inversor fluctúa, se producía un problema cuando si, aplicada al control de velocidad, esa fluctuación de velocidad aumentaba alejándose de un valor de consigna.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un aparato de conversión de energía eléctrica mediante el cual el fenómeno de pulsación pueda ser resuelto o reducido, y pueda realizarse también un control de velocidad seguro.

Medios para resolver el problema Un aparato de conversión de energía eléctrica según la presente invención comprende: un convertidor para rectificar la energía eléctrica de CA, un condensador conectado un lado de CC del convertidor, un inversor para convertir en energía eléctrica de CA una energía eléctrica de CC almacenada en el condensador, una unidad de control de inversor para controlar el inversor, y un dispositivo de medición de voltaje para medir un voltaje del condensador como un voltaje del condensador; en el que la unidad de control del inversor comprende: una unidad de control, no pulsada, para obtener un factor de modulación compensado para calcular un factor de modulación que sea inversamente proporcional al voltaje del condensador, y una unidad de fijación de frecuencia para proporcionar el factor de modulación o el factor de modulación compensado, de una manera conmutada, dentro de un ciclo de una frecuencia de un voltaje de CA proporcionado desde el inversor en un intervalo de frecuencias predeterminado que incluye una frecuencia a la que se produce el fenómeno de pulsación, para fijar a un valor de consigna una frecuencia del voltaje de CA.

Efecto ventajoso de la invención Según el aparato de conversión de energía eléctrica de la presente invención, se obtiene un efecto con el que puede resolverse o reducirse el fenómeno de pulsación, y puede realizarse también un control de velocidad seguro.

Breve descripción de los dibujos La Fig. 1 es una vista para explicar una configuración de un aparato de conversión de energía eléctrica según la Realización 1 de la presente invención.

La Fig. 2 es una vista para explicar una configuración interna de una unidad de control de inversor del aparato de conversión de energía eléctrica según la Realización 1 de la... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de conversión de energía eléctrica que comprende:

un convertidor (1) para rectificar una energía eléctrica de CA;

un condensador (2) conectado a un lado de CC del convertidor (1) ;

un inversor (3) para convertir en energía eléctrica de CA la energía eléctrica de CC almacenada en el condensador (2) ;

una unidad (4) de control de inversor para controlar el inversor (3) ; y

un dispositivo (8) de medición del voltaje para la medición de un voltaje del condensador, como un voltaje del condensador (2) ;

en el que la unidad (4) de control de inversor comprende una unidad (21) de control, no pulsada, para obtener un factor de modulación compensado mediante el cálculo de un factor de modulación para que sea inversamente proporcional al voltaje del condensador,

caracterizado por que la unidad (4) de control de inversor comprende además una unidad (22) de fijación de frecuencia para proporcionar el factor de modulación o el factor de modulación compensado, en una manera conmutada, dentro de un ciclo de una frecuencia de un voltaje de CA proporcionado desde el inversor en un intervalo de frecuencias predeterminado que incluye una frecuencia en la que se produce un fenómeno de pulsación, para fijar a un valor de consigna una frecuencia del voltaje de CA.

2. Aparato de conversión de energía eléctrica según la reivindicación 1, en el que la unidad de fijación de frecuencia cambia el factor el factor de modulación para proporcionar el factor de modulación compensado obtenido por la unidad de control no pulsada durante una parte del periodo de un ciclo en un intervalo de frecuencia predeterminado en el que se produce un fenómeno de pulsación, y proporciona el factor de modulación en un intervalo de frecuencias predeterminado en el que no se produce el fenómeno de pulsación.

3. Aparato de conversión de energía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el condensador (2) consiste en un conjunto de condensadores (2A, 2B) conectados en serie.

4. Aparato de conversión de energía eléctrica según la reivindicación 3, en el que el inversor (3) proporciona CA trifásica mediante la selección de un potencial alto, un potencial bajo o un potencial medio, dicho potencial alto representado en un extremo del conjunto de condensadores (2A) conectados en serie, dicho potencial bajo representado en el otro extremo del conjunto de condensadores (2B) conectados en serie y dicho potencial medio representado en un punto de conexión entre los condensadores.

5. Aparato de conversión de energía eléctrica según la reivindicación 4, en el que la unidad (22) de fijación de frecuencia fija, para cada fase, los tiempos de los puntos de transición en los que se producen cambios en el voltaje de fase entre el potencial alto o el potencial bajo y el potencial medio en la región en la que el potencial alto y el potencial bajo son contiguos entre sí con el potencial medio interpuesto entre los mismos para valores predeterminados en relación a una onda portadora o una onda de señal de fase dentro de un ciclo, para fijar al valor de consigna de una frecuencia de onda fundamental de cada voltaje de fase de CA proporcionado desde el inversor (3) .

6. Aparato de conversión de energía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la unidad (21) de control, no pulsada, y la unidad (22) de fijación de frecuencia se hacen funcionar en un intervalo de frecuencias predeterminado en el que está incluida una frecuencia de fluctuación del voltaje del condensador generado según la rectificación por el convertidor (1) .