Excitador estático de una bobina de campo y método para hacerlo funcionar.

Excitador estático (1) de una bobina de campo (8) de un generador eléctrico (1) que comprende un rectificador (5)conectado a una red eléctrica (20) y a la bobina de campo (8) del generador eléctrico (1),

un interruptor electrónicounidireccional (9) conectado en serie con el rectificador (5), y una batería de condensadores (10), comprendiendoadicionalmente el excitador estático (1) un interruptor (11) entre el interruptor electrónico unidireccional (9) y labatería de condensadores (10), conectado a una unidad de de control (22) que lo cierra cuando una tensiónindicativa de la tensión de la red cae por debajo de un primer valor prefijado de tensión (V1) para conectar la bateríade condensadores (10) a la bobina de campo (8), en el que dicha unidad de control (22) abre dicho interruptor (11)cuando una tensión indicativa de la tensión de la red supera un segundo valor prefijado de tensión (V2) paradesconectar la batería de condensadores (10) de la bobina de campo (8), de manera que la batería decondensadores (10) suministra energía a la bobina de campo (8) solo durante el tiempo necesario,

caracterizado por que

dicho segundo valor prefijado de tensión (V2) es mayor que o igual al primer valor de tensión prefijado (V1), ydicho segundo valor prefijado de tensión (V2) es menor que la tensión de la red sin alterar.

Excitador estático de una bobina de campo y método para hacerlo funcionar.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un excitador estático de una bobina de campo y a un método para hacerlo funcionar.

Antecedentes de la invención Los excitadores estáticos se usan ampliamente para alimentar las bobinas de campo de generadores eléctricos.

El documento US2007/0296275 desvela (con referencia a la figura 1 de este documento) un excitador estático 1 que tiene un transformador excitador 2 que está conectado por un lado a una barra colectora 3 de un generador 4 (es decir, a la salida del generador) y por el otro lado a un rectificador 5 que convierte la tensión CA del transformador excitador 2 en tensión CC.

El rectificador 5 es accionado típicamente por un AVR (Regulador de Tensión Automático) 6 que está conectado a la barra colectora 3 a través de un transformador de tensión 7.

El lado CC del rectificador 5 está conectado en serie con la bobina de campo 8 del generador 4 y un diodo de polarización directa 9.

El diodo de polarización directa 9 está conectado en paralelo con una batería de condensadores 10; además se proporciona un interruptor 11 entre la batería de condensadores 10 y el diodo 9; tal interruptor 11 puede cerrarse para conectar la batería de condensadores 10 en serie con el rectificador 5.

Durante el funcionamiento normal el interruptor 11 está abierto; la tensión CA del transformador excitador 2 se convierte en tensión CC y se alimenta a la bobina de campo 8 porque el diodo 9 está en polarización directa y conduce.

En el caso de que ocurra una alteración en la red (por ejemplo debido a cortocircuitos en la línea de transmisión) la tensión de la red cae y, por lo tanto, también cae la tensión de la barra colectora 3 y la tensión en el lado de menor tensión del transformador de tensión 7.

Cuando la tensión en el lado de menor tensión del transformador de tensión 7 cae por debajo de un valor de tensión prefijado, el interruptor 11 se cierra, de manera que el diodo 9 tiene una polarización inversa (y no conduce más) y la batería de condensadores 11 se conecta en serie con el rectificador 5 y la bobina de campo 8.

Esto provoca que se aplique una tensión de campo considerablemente mayor a la bobina de campo 8 y garantiza la estabilidad del sistema generador/red.

No obstante, una vez que ocurre una alteración, la batería de condensadores 10 se descarga completamente, por lo que si ocurre una pluralidad de alteraciones el sistema no es capaz de hacerles frente.

De hecho (figura 1) , incluso aunque el excitador estático 1 esté provisto de un dispositivo de carga 12 (tal como una batería) que mantiene cargada la batería de condensadores 10, la dimensión del dispositivo de carga normalmente es pequeña y tarda de minutos a horas en recargar la batería de condensadores 10 a un nivel de carga aceptable.

El documento EP 0 122 310 desvela un excitador estático con una batería de condensadores que puede conectarse a la bobina de campo de un generador conectado a una red. La conexión ocurre cuando la tensión de una red falla y la desconexión ocurre cuando la tensión de la red se ha recuperado.

Sumario de la invención Por lo tanto, el objetivo técnico de la presente invención es proporcionar un excitador estático de acuerdo con la reivindicación 1 y un método de acuerdo con la reivindicación 9 mediante el cual se eliminan dichos problemas de la técnica conocida.

Dentro del alcance de este objetivo técnico, una realización de la invención consiste en proporcionar un excitador estático y un método que sea capaz de enfrentarse a una pluralidad de alteraciones que ocurren en un corto periodo de tiempo una detrás de otra (por ejemplo, en pocos minutos) .

El objetivo técnico, junto con estas y otras realizaciones, se consigue de acuerdo con la invención proporcionando un excitador estático y un método de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos Otras características y ventajas de la invención resultarán más evidentes a partir de la descripción de una realización preferida aunque no exclusiva del excitador estático y el método de acuerdo con la invención, ilustrada a modo de ejemplo no limitante en los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una vista esquemática de un excitador estático de acuerdo con la técnica anterior:

La Figura 2 es una vista esquemática de un excitador estático de acuerdo con una realización de la invención; y

Las Figuras 3 y 4 son diagramas que muestran bandas de tiempo de retardo de cierre/apertura del interruptor de acuerdo con una realización de la invención.

Descripción detallada de la invención Con referencia a las figuras, estas muestran un excitador estático 1 de la bobina de campo 8 de un generador eléctrico 4.

El generador eléctrico 4 tiene una barra colectora 3 conectada a una red eléctrica 20 mediante un transformador 21.

El excitador estático 1 comprende el rectificador 5 fabricado de un puente de tiristores, conectado a la barra colectora 3 mediante el transformador excitador 2 desde un lado (como alternativa el transformador de tensión 7 puede estar conectado también a la red 20) , y a la bobina de campo 8 del generador eléctrico 1 desde el otro lado.

El excitador estático 1 también tiene un interruptor electrónico unidireccional tal como el diodo de polarización directa 9 conectado en serie con el rectificador 5.

Además, el excitador estático 1 también tiene una batería de condensadores 10, por ejemplo fabricada de una pluralidad de supercondensadores conectados en serie y paralelos entre sí; la batería de condensadores 10 está conectada en paralelo con el diodo 9.

El excitador estático 1 comprende adicionalmente el interruptor 11 entre el diodo 9 y la batería de condensadores 10; el interruptor 11 está conectado a una unidad de control 22 que lo cierra cuando una tensión indicativa de la tensión de la red (que está controlada a través de la tensión de la barra colectora 3, que está conectada a la red 20 a través del transformador 21) cae por debajo de un primer valor prefijado de tensión V1, para conectar la batería de condensadores 10 a la bobina de campo 8.

Ventajosamente, la unidad de control 22 abre el interruptor 11 cuando una tensión indicativa de la tensión de la red (que está controlada a través de la tensión de la barra colectora 3) supera un segundo valor prefijado de tensión V2, para desconectar la batería de condensadores 10 de la bobina de campo 8.

Esto permite que la batería de condensadores 10 suministre energía a la bobina de campo 8 solo durante el tiempo necesario y evita la descarga completa de la batería de condensadores 10, evitando la alimentación de energía cuando no es necesario.

El segundo valor prefijado de tensión V2 es mayor que o igual al primer valor prefijado de tensión V1; preferentemente, para evitar cierres y reaperturas de tipo oscilatorio del interruptor 11, el segundo valor prefijado de tensión V2 es mayor que el primer valor prefijado de tensión V1.

El excitador estático 1 comprende también el transformador de tensión 7 que suministra al AVR 6 (Regulador de Tensión Automático) de la bobina de campo 8; preferentemente la caída de la tensión de la red se mide en el lado de menor tensión del transformador de tensión 7.

La unidad de control 22 tiene un tercer valor prefijado de tensión V3, de manera que cuando la tensión de la batería de condensadores 10 cae por debajo del tercer valor prefijado de tensión V3 la unidad de control 22 abre el interruptor 11 (para evitar así la descarga completa de la batería de condensadores 10) .

Además, el dispositivo de carga 12 también está provisto de un interruptor de carga 32 que protege al dispositivo de carga 12, que trabaja principalmente como una fuente de tensión constante, de una sobretensión. En particular cuando el interruptor 11 está cerrado el interruptor de carga 32 está abierto y cuando el interruptor 11 está abierto el interruptor de carga 32 está cerrado. La Figura 2 muestra el interruptor 11 abierto y el interruptor de carga 32 cerrado. Como alternativa, el dispositivo de carga produce una corriente constante, con una limitación de la tensión de anulación (eliminando de esta manera la necesidad de un interruptor de carga) .

El funcionamiento del excitador estático en esta realización de la invención es evidente a partir de lo descrito e ilustrado y es sustancialmente como sigue.

Cuando ocurre una alteración en la red 20 y su tensión cae, también cae la tensión de la barra colectora... [Seguir leyendo]

1. Excitador estático (1) de una bobina de campo (8) de un generador eléctrico (1) que comprende un rectificador (5) conectado a una red eléctrica (20) y a la bobina de campo (8) del generador eléctrico (1) , un interruptor electrónico unidireccional (9) conectado en serie con el rectificador (5) , y una batería de condensadores (10) , comprendiendo adicionalmente el excitador estático (1) un interruptor (11) entre el interruptor electrónico unidireccional (9) y la batería de condensadores (10) , conectado a una unidad de de control (22) que lo cierra cuando una tensión indicativa de la tensión de la red cae por debajo de un primer valor prefijado de tensión (V1) para conectar la batería de condensadores (10) a la bobina de campo (8) , en el que dicha unidad de control (22) abre dicho interruptor (11) cuando una tensión indicativa de la tensión de la red supera un segundo valor prefijado de tensión (V2) para desconectar la batería de condensadores (10) de la bobina de campo (8) , de manera que la batería de condensadores (10) suministra energía a la bobina de campo (8) solo durante el tiempo necesario,

caracterizado por que dicho segundo valor prefijado de tensión (V2) es mayor que o igual al primer valor de tensión prefijado (V1) , y

dicho segundo valor prefijado de tensión (V2) es menor que la tensión de la red sin alterar.

2. Excitador estático (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el interruptor electrónico unidireccional (9) es un diodo de polarización directa.

3. Excitador estático (1) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que dicho diodo (9) está conectado en paralelo con la batería de condensadores (10) .

4. Excitador estático (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un transformador de tensión (7) que alimenta un regulador de tensión automático (6) de la bobina de campo (8) , en el que la caída de tensión de la red se mide en el lado de menor tensión del transformador de tensión (7) .

5. Excitador estático (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicho rectificador (5) es un puente de tiristores.

6. Excitador estático (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicha unidad de control (22) tiene un tercer valor prefijado de tensión (V3) de manera que, cuando la tensión de la batería de condensadores (10) cae por debajo del tercer valor prefijado de tensión (V3) , la unidad de control (22) abre el interruptor (11) .

7. Excitador estático (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que dicha unidad de control (22) cierra o abre dicho interruptor (11) con un retardo prefijado.

8. Excitador estático (1) de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que dicha unidad de control (22) tiene una pluralidad de bandas de caída de tensión (A, B) cada una asociada con un tiempo de retardo de cierre prefijado (TA, TB) para el interruptor (11) , siendo el tiempo de retardo cero para una tensión menor que un primer valor prefijado de tensión (V1) , teniendo también la unidad de control (22) una pluralidad de bandas de subida de tensión (C, D, E) cada una asociada con un tiempo de retardo de apertura prefijado (TC, TD, TE) para el interruptor (11) , y un tiempo de retardo que es cero para una tensión mayor que un segundo valor de tensión prefijado (V2) .

9. Método para hacer funcionar el excitador estático (1) de una bobina de campo (8) de un generador eléctrico (1) , comprendiendo el excitador estático (1) un rectificador (5) conectado a una red eléctrica (20) y a la bobina de campo

(8) del generador eléctrico (1) , un interruptor electrónico unidireccional (9) conectado en serie con el rectificador (5) , una batería de condensadores (10) , comprendiendo adicionalmente el excitador estático (10) un interruptor (11) entre el interruptor electrónico unidireccional (9) y la batería de condensadores (10) , conectado a una unidad de control (22) que lo cierra cuando la tensión de la red (20) cae por debajo de un primer valor prefijado de tensión (V1) para conectar la batería de condensadores (10) a la bobina de campo (8) , en el que dicha unidad de control (22) abre el interruptor (11) de nuevo cuando la tensión de la red (20) supera un segundo valor prefijado de tensión (V2) para desconectar la batería de condensadores (10) de la bobina de campo (8) , de manera que la batería de condensadores (10) suministra energía a la bobina de campo (8) solo durante el tiempo necesario,

caracterizado por que dicho segundo valor prefijado de tensión (V2) es mayor que o igual al primer valor prefijado de tensión (V1) , y

dicho segundo valor prefijado de tensión (V2) es menor que la tensión de red sin alterar.

10. Método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que dicho interruptor electrónico unidireccional (9) es un diodo de polarización directa.

11. Método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por la apertura del interruptor (11) cuando la tensión de la batería de condensadores (10) cae por debajo de un tercer valor prefijado de tensión (V3) .

12. Método de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado por que dicho interruptor (11) se cierra o se abre con un retardo prefijado.

13. Método de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por que dicha unidad de control (22) tiene una pluralidad de bandas de caída de tensión (A, B) cada una asociada con un tiempo de retardo de cierre prefijado (TA, 5 TB) para el interruptor (11) , siendo el tiempo de retardo de cierre cero para una tensión menor que el primer valor prefijado de tensión (V1) , teniendo también la unidad de control (22) una pluralidad de bandas de subida de tensión (C, D, E) cada una asociada con un tiempo de retardo de apertura prefijado (TC, TD, TE) para el interruptor (11) , siendo el tiempo de retardo de apertura cero para una tensión mayor que el segundo valor prefijado de tensión (V2) , de manera que cuando la tensión de la red cae, se mide una tensión real indicativa de la tensión real de la red para 10 determinar la banda de caída de tensión a la que pertenece la tensión real de la red; después el interruptor (11) se cierra con el tiempo de retardo correspondiente a la banda de caída de tensión particular después de la entrada de la tensión en la banda de caída de tensión particular y, si la tensión es menor que el primer valor prefijado de tensión (V1) , el tiempo de retardo es cero, correspondientemente, cuando la tensión de la red aumenta, se mide una tensión real indicativa de la tensión de red para determinar la banda de subida de tensión a la que pertenece la tensión real

de la red; después el interruptor (11) se abre con el tiempo de retardo correspondiente a la banda de caída de tensión particular después de la entrada de la tensión en la banda de subida de tensión particular, y si la tensión es mayor que el segundo valor prefijado de tensión (V2) el tiempo de retardo es cero.