Ondulador de tensión y procedimiento de mando de tal ondulador.

Ondulador de tensión que comprende:

- Una carga (1) que comprende n fases (2,

3, 4), presentando cada fase (2, 3, 4) un primer borne (5, 6, 7) y un segundo borne (8, 9, 10);

- Una primera (12) y una segunda células (13) que comprenden cada una n brazos (14, 15, 16, 17, 18, 19), comprendiendo cada brazo:

•edios de conmutación (Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) conectados en serie, pudiendo estar colocado cada medio de conmutación en un estado pasante o en un estado bloqueante, •nto medio (20, 21, 22, 23, 24, 25) situado entre los dos medios de conmutación,

estando conectado cada primer borne (5, 6, 7) de cada una de las fases (2, 3, 4) de la carga a uno de los puntos medios (20, 21, 22) de la primera célula (12), estando conectado cada segundo borne (8, 9, 10) de cada una de las fases (2, 3, 4) de la carga a uno de los puntos medios (23, 24, 25) de la segunda célula (13), - una fuente de tensión (11),

caracterizado por que la primera célula está conectada al borne positivo de la fuente de tensión por intermedio de un primer medio de aislamiento eléctrico y al borne negativo de la fuente de tensión por intermedio de un segundo medio de aislamiento eléctrico, y por que la segunda célula está conectada al borne positivo de la fuente de tensión por intermedio de un tercer medio de aislamiento eléctrico y al borne negativo por intermedio de un cuarto medio de aislamiento eléctrico, pudiendo estar colocado cada medio de aislamiento eléctrico en un estado pasante o en un estado bloqueante.

Ondulador de tensión y procedimiento de mando de tal ondulador

Ámbito técnico de la invención La presente invención concierne a un ondulador de tensión que tolera las averías. Un ondulador de este tipo está destinado a permitir la conversión de una tensión continua en una o varias tensiones alternas, reversible en potencia. La presente invención concierne igualmente a un procedimiento de mando de un ondulador de este tipo.

Estado de la técnica anterior

Se utilizan numerosos onduladores para convertir una tensión continua en una o varias tensiones alternas, y esto en particular en el ámbito aeronáutico.

Un ondulador de este tipo está conectado generalmente a los bornes de una fuente de tensión continua y transforma la tensión continua en tensión alterna para alimentar una carga alterna trifásica. Esta carga alterna puede ser una máquina trifásica de corriente alterna, tal como un motor síncrono de imán permanente. Generalmente, tal ondulador de tensión comprende tres brazos, que comprenden cada uno dos medios de conmutación eléctricos conectados a la fuente de tensión continua. En cada uno de los tres brazos, el punto medio de los medios de conmutación está conectado a una fase de la carga alterna trifásica. Los medios de conmutación están formados generalmente por un interruptor estático y por un diodo en antiparalelo.

Ahora bien, el en ámbito aeronáutico en particular, la seguridad y la fiabilidad son primordiales. Por esta razón, un ondulador de este tipo debe poder continuar funcionando a pesar de la presencia de una o varias averías internas.

Así, el estado de la técnica conoce varias configuraciones que permiten el funcionamiento del ondulador a pesar de la presencia de uno o varios fallos. El documento FR2892243, especialmente, describe un ondulador que tolera las averías que comprende además un cuarto brazo conectado a la fuente de tensión. Este cuarto brazo presenta dos medios de conmutación conectados en serie y un punto medio. El punto medio de este cuarto brazo está conectado al neutro de la carga. En funcionamiento normal del ondulador, el cuarto brazo está inactivo. Pero, en caso de fallo en uno de los otros tres brazos, el cuarto brazo se hace activo y permite controlar el potencial del neutro de la carga de manera que pueda gobernar la carga en los dos brazos que no fallan a través del punto de neutro de la carga. Así, en caso de una carga de tipo máquina giratoria eléctrica, se asegura la continuidad del campo giratorio y por tanto de la producción de par.

Así pues, la presencia de este cuarto brazo permite el funcionamiento del ondulador en caso de fallo de uno de estos brazos. Sin embargo, con la solución presente en este documento, en caso de fallo en un brazo, la carga funciona solamente en dos fases, lo que conduce a una pérdida de potencia del motor síncrono de imán permanente, y por tanto a una pérdida de par o bien a un sobredimensionado previo del motor.

El documento WO20010034906 divulga un accionador eléctrico que integra dos onduladotes que alimentan una máquina eléctrica y que es reconfigurable en presencia de un fallo. El documento WO2008087270 divulga una alimentación a dos onduladotes en serie para accionador electromecánico polifásico.

Exposición de la invención La invención pretende poner remedio a los inconvenientes del estado de la técnica, proponiendo un ondulador cuyo funcionamiento sea posible a pesar de la presencia de fallos internos.

Otro objeto de la invención es proponer un ondulador que no provoque pérdida de par motor, incluso en caso de fallo interno.

Otro objeto de la invención es proponer un ondulador de alta disponibilidad que presente un volumen reducido.

Otro objeto de la invención es proponer un ondulador de tensión que pueda funcionar a baja velocidad sin prestar atención a sobrecorrientes.

Para hacer esto, de acuerdo con un primer aspecto de la invención, se propone un ondulador de tensión que comprende:

- una carga que comprende n fases, presentando cada fase un primer borne y un segundo borne;

- una primera y una segunda células que comprenden cada una n brazos, comprendiendo cada brazo:

o dos medios de conmutación conectados en serie, pudiendo ser colocado cada medio de conmutación en un estado pasante o en un estado bloqueante,

o un punto medio situado entre los dos medios de conmutación,

estando conectado cada primer borne de cada una de las fases de la carga a uno de los puntos medios de la primera célula, estando conectado cada segundo borne de cada una de las fases de la carga a uno de los puntos medios de la segunda célula.

- una fuente de tensión,

estando conectadas cada una de las primera y la segunda células a la fuente de tensión por intermedio de dos medios de aislamiento eléctrico, pudiendo estar colocado cada medio de aislamiento eléctrico en un estado pasante o en un estado bloqueante.

El ondulador de acuerdo con la invención se caracteriza particularmente por que no comprende neutro permanente. En efecto, al contrario de los onduladores de la técnica anterior, las diferentes fases de la carga no están conectadas a un punto neutro permanente, sino a dos células, la primera y la segunda células, que son idénticas.

Los n brazos que pertenecen a una misma célula están conectados preferentemente en paralelo.

El ondulador de acuerdo con la invención presenta dos modos de funcionamiento normales posibles:

- De acuerdo con un primer modo de funcionamiento, cada fase de la carga forma con los dos brazos a los cuales está conectada, un puente en H. En este caso, el ondulador de acuerdo con la invención funciona sin neutro;

- De acuerdo con un segundo modo de funcionamiento, una de las dos células del ondulador está aislada de la fuente de tensión y sus medios de conmutación son tales que esta célula forma un punto neutro, al cual están conectadas las n fases de la carga.

En caso de fallo en una de las células del ondulador, esta célula que falla se transforma en punto neutro, gracias a los medios de conmutación de esta célula, y este punto neutro se aísla de la fuente de tensión gracias a los medios de aislamiento eléctricos que están conectados a esta célula. Así, cuando una célula falla, esta célula se transforma en punto neutro al cual están conectadas las n fases de la carga. Las n fases de la carga pueden entonces continuar funcionando normalmente a través de la célula que no falla. El montaje de acuerdo con la invención permite por tanto la utilización de todas las fases en caso de fallo en uno de los brazos, lo que permite no perder potencia en caso de fallo en uno de los brazos del ondulador. Así, en el caso de una carga de tipo máquina giratoria eléctrica, se asegura la continuidad del campo giratorio y por tanto de la producción de par.

En caso de fallo de circuito abierto en una de las fases de la carga, se abren los medios de conmutación de los dos brazos que están conectados a la fase en fallo, de modo que la fase en circuito abierto queda desconectada de la fuente de tensión. El ondulador de acuerdo con la invención funciona entonces solamente con las n-1 fases de la carga que no están en fallo.

El ondulador de acuerdo con la invención es particularmente ventajoso, porque cualquiera que sea el número de fases de la carga, sólo se utilizan cuatro medios de aislamiento eléctricos.

Además, el ondulador de acuerdo con la invención utiliza una sola fuente de tensión y por tanto permite una economía del número de componentes utilizados.

La invención concierne de modo muy particular al caso en que n es igual a 3.

La carga es preferentemente una carga alterna trifásica, y todavía de manera más preferente un motor síncrono de imán permanente.

La fuente de tensión es preferentemente una fuente de tensión continua. Esta fuente de tensión resulta tradicionalmente de la rectificación de la red eléctrica del avión; la fuente de tensión puede ser también directamente una red de tensión continua.

Ventajosamente, cada medio de conmutación está constituido por un interruptor estático y por un diodo en antiparalelo.

Ventajosamente, el interruptor estático de cada medio de conmutación es un transistor o un tiristor.

Ventajosamente, cada medio de aislamiento eléctrico es un interruptor bidireccional.

De acuerdo con un modo de realización muy preferente, el ondulador de acuerdo con la invención comprende además un dispositivo de mando y de vigilancia de los fallos apto para:

- mandar los medios de conmutación y los medios de aislamiento eléctrico,

- detectar el fallo... [Seguir leyendo]

1. Ondulador de tensión que comprende:

- Una carga (1) que comprende n fases (2, 3, 4) , presentando cada fase (2, 3, 4) un primer borne (5, 6, 7) y un segundo borne (8, 9, 10) ;

- Una primera (12) y una segunda células (13) que comprenden cada una n brazos (14, 15, 16, 17, 18, 19) , comprendiendo cada brazo:

o dos medios de conmutación (Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) conectados en serie, pudiendo estar colocado cada medio de conmutación en un estado pasante o en un estado bloqueante,

o un punto medio (20, 21, 22, 23, 24, 25) situado entre los dos medios de conmutación,

estando conectado cada primer borne (5, 6, 7) de cada una de las fases (2, 3, 4) de la carga a uno de los puntos medios (20, 21, 22) de la primera célula (12) , estando conectado cada segundo borne (8, 9, 10) de cada una de las fases (2, 3, 4) de la carga a uno de los puntos medios (23, 24, 25) de la segunda célula (13) ,

- una fuente de tensión (11) ,

caracterizado por que la primera célula está conectada al borne positivo de la fuente de tensión por intermedio de un primer medio de aislamiento eléctrico y al borne negativo de la fuente de tensión por intermedio de un segundo medio de aislamiento eléctrico, y por que la segunda célula está conectada al borne positivo de la fuente de tensión por intermedio de un tercer medio de aislamiento eléctrico y al borne negativo por intermedio de un cuarto medio de aislamiento eléctrico, pudiendo estar colocado cada medio de aislamiento eléctrico en un estado pasante o en un estado bloqueante.

2. Ondulador de tensión de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado por que cada medio de conmutación (Q1/Q4, Q2/Q5, Q3/Q6, Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) está constituido por un interruptor estático (T) y un diodo (D) en antiparalelo.

3. Ondulador de tensión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que comprende además un dispositivo de mando y de vigilancia de los fallos, apto para:

-mandar los medios de conmutación y los medios de aislamiento eléctrico,

- detectar el fallo de uno de los medios de conmutación, y

- detectar el fallo de la conexión entre uno de los bornes de una de las fases y uno de los puntos medios.

4. Ondulador de tensión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que cada punto medio (20, 21, 22, 23, 24, 25) está conectado a un punto neutro (30, 31) por intermedio de un elemento de conmutación (Q17, Q18, Q19, Q20, Q21, Q22) , pudiendo estar colocado el elemento de conmutación en un estado bloqueante o en un estado pasante.

5. Procedimiento de mando de un ondulador de tensión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que, cuando no es detectado ningún fallo, el procedimiento de mando comprende las etapas siguientes:

- Puesta en un estado bloqueante de los medios de aislamiento eléctrico (Q13, Q14) conectados a la primera célula (12) ,

- Mando de los medios de conmutación (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6) de la primera célula (12) de modo que la primera célula (12) forma un punto neutro al cual quedan conectadas las n fases (2, 3, 4) de la carga (1) ,

-Puesta en un estado pasante de los medios de aislamiento eléctrico (Q15, Q16) conectados a la segunda célula 40 (13) ;

- Mando de los medios de conmutación (Q7, Q8, Q9, Q10, Q11, Q12) de la segunda célula (13) de modo que los dos medios de conmutación de un mismo brazo (Q7/Q10, Q8/Q11, Q9/Q12) de la segunda célula (13) estén en estados opuestos, uno en estado pasante y el otro en estado bloqueante.

6. Procedimiento de mando de un ondulador de tensión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,

caracterizado por que, cuando no es detectado ningún fallo, el procedimiento de mando comprende las etapas siguientes:

-Puesta en un estado pasante de los cuatro medios de aislamiento eléctricos (Q13, Q14, Q15, Q16) ;

- Mando de los medios de conmutación (Q1 a Q12) de modo que cada fase (2, 3, 4) forme con los dos brazos a los cuales está conectada un puente en H.

7. Procedimiento de mando de un ondulador de tensión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,

caracterizado por que, cuando es detectado un fallo en uno de los medios de conmutación (Q10) , el procedimiento 5 de mando comprende las etapas siguientes:

- Puesta en estado bloqueante de los medios de aislamiento eléctrico (Q15, Q16) que están conectados a la célula

(13) a la cual pertenece el medio de conmutación (Q10) en fallo;

-Mando de los otros medios de conmutación (Q7, Q8, Q9, Q11, Q12) de la célula (13) a la cual pertenece el medio

de conmutación en fallo (Q10) de modo que la célula (13) a la cual pertenece el medio de conmutación en fallo 10 (Q10) forma un punto neutro al cual quedan conectadas las n fases (2, 3, 4) de la carga (1) .

8. Procedimiento de mando de un ondulador de tensión de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que, cuando es detectado un fallo en la conexión entre uno de los bornes de una de las fases (2) y uno de los puntos medios (20) , el procedimiento de mando comprende las etapas siguientes:

-Puesta en un estado bloqueante de los medios de conmutación (Q1, Q4, Q9, Q12) que están conectados a la fase 15 (2) que pertenece a la conexión en fallo.

9. Procedimiento de mando de un ondulador de tensión de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que, cuando es detectado un fallo de cortocircuito en uno de los medios de conmutación (Q10) , el elemento de conmutación (Q22) al cual está conectado el medio de conmutación en cortocircuito (Q10) es puesto en estado pasante.

10. Procedimiento de mando de un ondulador de tensión de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que, cuando no es detectado ningún fallo de cortocircuito en los medios de conmutación, todos los elementos de conmutación (Q17, Q18, Q19, Q20, Q21, Q22) están colocado en estado bloqueante.