Convertidor de potencia con fuente de corriente controlada.

Convertidor de potencia que comprende:

- una etapa rectificadora (1) conectada a varias fases (R,

S, T) de una red que suministra una corriente (Ie) deentrada a una frecuencia (Fmains) fundamental determinada y sobre la que se aplica una tensión rectificadora,

- un bus de continua de alimentación conectado a la etapa (1) rectificadora y que comprende una primera línea(V+) de alimentación y una segunda línea (V-) de alimentación en cada una de las que se aplica un potencialeléctrico con el fin de obtener una tensión (Vbus) en el bus de continua de alimentación,

- un condensador (Cbus) del bus conectado a la primera línea de alimentación y a la segunda línea dealimentación,

caracterizado porque comprende:

- una fuente de corriente controlada situada en la primera línea de alimentación o en la segunda línea dealimentación, aguas arriba del condensador (Cbus) del bus, comprendiendo dicha fuente de corriente controladauna inductancia (L) y una fuente de tensión variable,

- comprendiendo la fuente de tensión variable un convertidor (2) electrónico que comprende un primer ramal deconmutación, un segundo ramal de conmutación y un condensador (C1) conectados en paralelo,comprendiendo cada ramal de conmutación al menos un interruptor (T1, T2) electrónico,

- unos medios (3) de control de la fuente de corriente controlada configurados para aplicar una tensión (Vaux)determinada a los bornes de la fuente de tensión variable con el fin de controlar una corriente, denominadacorriente (Irec) rectificadora, que circula sobre el bus de continua de alimentación, siendo determinada dichatensión (Vaux) a partir de la tensión (Vrec) rectificadora, de la tensión (Vbus) en el bus de continua de alimentacióny de los armónicos de corriente que comprenden un primer armónico y un segundo armónico sincronizadosrespectivamente a seis veces y doce veces la frecuencia (Fmains) fundamental de la corriente (Ie) de entradasuministrada por la red, siendo determinadas la amplitud y la fase de estos armónicos para limitar el THDi y elPWHD,

- los medios (3) de control están configurados para realizar un bucle de regulación dispuesto para hacer seguira la corriente (Irec) rectificadora un valor (Irecref) de referencia igual a un valor (ref) medio de referencia sobreel que están inyectados dichos armónicos,

- obteniéndose dicho valor (ref) medio de referencia a la salida de un regulador en el que se introduce ladiferencia entre un valor de tensión (Vc) en los bornes del condensador (C1) del convertidor (2) electrónico y unvalor (Vcref) de referencia para la tensión en los bornes del condensador (C1) del convertidor (2) electrónico.

Convertidor de potencia con fuente de corriente controlada La presente invención se refiere a un variador de velocidad dotado de una fuente de corriente controlada.

De forma conocida, un convertidor de potencia comprende varias fases de entrada conectadas a la red, por ejemplo tres fases de entrada si está conectado en una red trifásica. Conectado a sus fases de entrada, un convertidor de potencia comprende una etapa rectificadora que permite transformar la tensión alterna suministrada por la red en una tensión continua. El convertidor comprende igualmente un bus de alimentación de potencia dotado de una primera línea de alimentación de potencial positivo y de una segunda línea de alimentación de potencial negativo sobre las que se aplica la tensión continua y un condensador del bus conectado entre la primera línea de alimentación y la segunda línea de alimentación y destinado a mantener constante la tensión continua en el bus.

Cuando la etapa rectificadora se conecta entre una red de corriente alterna y una carga capacitiva, tal como por ejemplo el bus de continua de alimentación de un variador de velocidad, la corriente de entrada extraída de la red está compuesta de picos que corresponden a la recarga del condensador del bus desde el momento en que la tensión entre fases de entrada (AC) se hace superior a la tensión del bus de alimentación (Vbus) . Tanto si la etapa rectificadora es monofásica como si es trifásica, la corriente de entrada extraída de la red está por lo tanto lejos de ser sinusoidal porque, además de su fundamental, contiene numerosos armónicos. La corriente de entrada Ie extraída de la red está definida por lo tanto por la corriente fundamental a la que se añaden unos armónicos cuya amplitud puede expresarse en porcentaje con relación a la corriente fundamental.

Los armónicos de la corriente de entrada Ie se caracterizan por dos indicadores conocidos denominados THDi (“Total Harmonic Distortion of Current”) y PWHD (“Partial Weighted Harmonic Distortion”) . El THDi corresponde a la tasa de distorsión armónica en corriente que representa el valor eficaz de los armónicos en relación al valor eficaz de la corriente fundamental. El PWHD introduce por su parte una ponderación que da ventaja de peso a los armónicos de alta frecuencia, más particularmente a los de orden 14 a 40.

Un convertidor de potencia conectado a una red trifásica debe satisfacer la norma IEC61000-3-12 que impone un valor límite para el indicador THDi, un valor límite para el indicador PWHD así como unos valores límites para los armónicos de orden 5, orden 7, orden 11 y orden 13 de la corriente de entrada.

Según esta norma, para un RSCE superior a 350:

-el THDi debe ser inferior al 48% de la corriente fundamental,

-el PWHD debe ser inferior al 46% de la corriente fundamental,

-el armónico de orden 5 debe estar limitado al 40% de la corriente fundamental,

-el armónico de orden 7 debe estar limitado al 25% de la corriente fundamental,

-el armónico de orden 11 debe estar limitado al 15% de la corriente fundamental,

-el armónico de orden 13 debe estar limitado al 10% de la corriente fundamental.

De manera conocida, el RSCE caracteriza la potencia aparente nominal del convertidor con relación a la potencia de cortocircuito de la red en la que se conecta el convertidor.

Una solución conocida para reducir el THDi es efectuar un filtrado sobre el bus de continua con la adición de una inductancia DC, que, si su valor es suficientemente grande, asegura una conducción continua, es decir que la corriente Irec rectificadora que circula en el bus, a la salida del rectificador, no cae jamás a cero. Cuanto mayor es el valor de la inductancia empleada, menos ondulada es la corriente Irec rectificadora. Si el valor de la inductancia DC tiende a ser infinito, la corriente rectificadora se convierte en constante y la tensión del bus continua ya no es ondulada porque se estabiliza en el valor medio de la tensión Vrec rectificadora. Para tener una corriente Irec rectificadora lo más constante posible, el valor de la inductancia deberá por lo tanto ser muy elevado, lo que genera unos problemas de coste y de volumen.

Los documentos “A constant output Current three Phase Diode Bridge rectifier employing a novel Electronic Smoothing Inductor” (IEEE, Ertl et. ál) e "Improving the operation of 3 phase diode rectifiers using an asymmetrical half-bridge DC-link Active filter" (IEEE, Salmon et. al) divulgan una fuente de corriente controlada que disminuye el THDI y el PWHD de un convertidor.

El objeto de la invención es proponer un convertidor de potencia en el que la corriente de entrada esté al menos de acuerdo con la norma IEC61000-3-12 cuyos criterios se definen más arriba, y cuyo perfil se pueda aproximar lo máximo al obtenido con una inductancia de valor infinito.

El objeto se consigue mediante un convertidor de potencia que comprende:

- una etapa rectificadora conectada a varias fases de una red que suministra una corriente de entrada a una frecuencia fundamental determinada y sobre la que se aplica una tensión rectificadora,

- un bus de continua de alimentación conectado a la etapa rectificadora y que comprende una primera línea de

alimentación y una segunda línea de alimentación en cada una de las que se aplica un potencial eléctrico con 5 el fin de obtener una tensión en el bus de continua de alimentación,

- un condensador del bus conectado a la primera línea de alimentación y a la segunda línea de alimentación,

caracterizado porque comprende:

- una fuente de corriente controlada situada en la primera línea de alimentación o en la segunda línea de

alimentación, aguas arriba del condensador del bus, comprendiendo dicha fuente de corriente controlada una 10 inductancia y una fuente de tensión variable,

- unos medios de control de la fuente de corriente controlada configurados para aplicar una tensión determinada a los bornes de la fuente de tensión variable con el fin de controlar una corriente, denominada corriente rectificadora, que circula sobre el bus de continua de alimentación, siendo determinada dicha tensión a partir de la tensión rectificadora, de la tensión en el bus de continua de alimentación y de los armónicos de corriente que

comprenden un primer armónico y un segundo armónico sincronizados respectivamente a seis veces y doce veces la frecuencia fundamental de la corriente de entrada suministrada por la red, siendo determinada la amplitud y la fase de estos armónicos para limitar el THDi y el PWHD.

Según una particularidad, los medios de control se configuran para realizar un bucle de regulación dispuesto para hacer seguir a la corriente rectificadora un valor de referencia igual a un valor medio de referencia sobre el que se inyectan dichos armónicos.

Según otra particularidad, los medios de control se configuran para realizar un bucle de regulación dispuesto para hacer seguir a la tensión en el bus de continua de alimentación un valor de referencia que contiene dichos armónicos.

Según otra particularidad, el bucle de regulación está destinado a determinar un valor de referencia para la tensión 25 en los bornes de la fuente de tensión variable.

Según otra particularidad, el primer armónico presenta una amplitud comprendida entre el 10% y el 30% de la corriente rectificadora.

Según otra particularidad, el segundo armónico presenta una amplitud comprendida entre 0 y el 15% de la corriente rectificadora.

Según otra particularidad, el primer armónico y el segundo armónico se inyectan inicialmente en oposición de fase.

Según otra particularidad, la fuente de tensión variable comprende un convertidor electrónico que comprende un primer ramal de conmutación, un segundo ramal de conmutación y un condensador conectados en paralelo, comprendiendo cada ramal de conmutación al menos un interruptor electrónico.

La invención se refiere igualmente a un variador de velocidad que comprende una etapa onduladora provista de ramales de conmutación destinados a convertir una tensión continua en una tensión variable destinada a alimentar una carga eléctrica, comprendiendo este variador un convertidor de potencia tal como el definido anteriormente y conectado aguas arriba de su etapa onduladora.

Surgirán otras características y ventajas en la descripción detallada a continuación que se refiere a un modo de realización dado a título de ejemplo y representado mediante los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 representa el convertidor de potencia de la invención,

- la figura 2 representa... [Seguir leyendo]

1. Convertidor de potencia que comprende:

- una etapa rectificadora (1) conectada a varias fases (R, S, T) de una red que suministra una corriente (Ie) de entrada a una frecuencia (Fmains) fundamental determinada y sobre la que se aplica una tensión rectificadora,

- un bus de continua de alimentación conectado a la etapa (1) rectificadora y que comprende una primera línea (V+) de alimentación y una segunda línea (V-) de alimentación en cada una de las que se aplica un potencial eléctrico con el fin de obtener una tensión (Vbus) en el bus de continua de alimentación,

- un condensador (Cbus) del bus conectado a la primera línea de alimentación y a la segunda línea de alimentación,

caracterizado porque comprende:

- una fuente de corriente controlada situada en la primera línea de alimentación o en la segunda línea de alimentación, aguas arriba del condensador (Cbus) del bus, comprendiendo dicha fuente de corriente controlada una inductancia (L) y una fuente de tensión variable,

- comprendiendo la fuente de tensión variable un convertidor (2) electrónico que comprende un primer ramal de conmutación, un segundo ramal de conmutación y un condensador (C1) conectados en paralelo, comprendiendo cada ramal de conmutación al menos un interruptor (T1, T2) electrónico,

- unos medios (3) de control de la fuente de corriente controlada configurados para aplicar una tensión (Vaux) determinada a los bornes de la fuente de tensión variable con el fin de controlar una corriente, denominada corriente (Irec) rectificadora, que circula sobre el bus de continua de alimentación, siendo determinada dicha tensión (Vaux) a partir de la tensión (Vrec) rectificadora, de la tensión (Vbus) en el bus de continua de alimentación y de los armónicos de corriente que comprenden un primer armónico y un segundo armónico sincronizados respectivamente a seis veces y doce veces la frecuencia (Fmains) fundamental de la corriente (Ie) de entrada suministrada por la red, siendo determinadas la amplitud y la fase de estos armónicos para limitar el THDi y el PWHD,

- los medios (3) de control están configurados para realizar un bucle de regulación dispuesto para hacer seguir a la corriente (Irec) rectificadora un valor (Irecref) de referencia igual a un valor (<Irec>ref) medio de referencia sobre el que están inyectados dichos armónicos, - obteniéndose dicho valor (<Irec>ref) medio de referencia a la salida de un regulador en el que se introduce la diferencia entre un valor de tensión (Vc) en los bornes del condensador (C1) del convertidor (2) electrónico y un valor (Vcref) de referencia para la tensión en los bornes del condensador (C1) del convertidor (2) electrónico.

2. Convertidor según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios (3) de control están configurados para realizar un bucle de regulación dispuesto para hacer seguir a la tensión (Vbus) en el bus de continua de alimentación un valor (Vbusref) de referencia que contiene dichos armónicos.

3. Convertidor según la reivindicación 2, caracterizado porque el bucle de regulación está destinado a determinar un valor (Vauxref) de referencia para la tensión en los bornes de la fuente de tensión variable.

4. Convertidor según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el primer armónico presenta una amplitud comprendida entre el 10% y el 30% de la corriente rectificadora.

5. Convertidor según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el segundo armónico presenta una amplitud comprendida entre 0 y el 15% de la corriente rectificadora.

6. Convertidor según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el primer armónico (HM1) y el segundo armónico (HM2) están inyectados inicialmente en oposición de fase.

7. Variador de velocidad que comprende una etapa onduladora provista de ramales de conmutación destinados a convertir una tensión continua en una tensión variable destinada a alimentar una carga eléctrica, caracterizado porque comprende un convertidor de potencia tal como el definido en una de las reivindicaciones 1 a 6, conectado aguas abajo de su etapa onduladora.