Aparato de diagnóstico de un condensador de enlace de CC de un inversor.

Aparato de diagnóstico para el diagnóstico del deterioro de un condensador de enlace de CC (22) de un inversor que tiene el condensador de enlace de CC (22) y una parte de inversor (23),

comprendiendo el aparato de diagnóstico:



un detector de corriente (43) configurado para detectar una corriente suministrada a un motor (120) en la parte de inversor (23);

una fuente de alimentación de modo de conmutación, SMPS, (41) configurada para suministrar una tensión de CC y para acoplarse al condensador de enlace de CC; y

un controlador (42) configurado para controlar la tensión de CC suministrada desde la SMPS (41) al motor (120) para que tenga un nivel inicial predeterminado, estando dispuesto el controlador (42) para estimar el cambio de una razón de una capacitancia deteriorada con respecto a una capacitancia inicial del condensador de enlace de CC (22), considerando el consumo de potencia debido a una resistencia del motor (120), que provoca un consumo de potencia de una carga, consumo de potencia de la SMPS y una pérdida por conmutación de la parte de inversor (23), en el que la estimación incluye, en respuesta a que la tensión del condensador de enlace de CC alcance un nivel final predeterminado:

determinar un primer factor, k ant, basándose en una razón de consumo de potencia de la SMPS (41) y pérdida por conmutación con respecto a consumo de potencia de la carga usando la capacitancia deteriorada del condensador de enlace de CC (22),

determinar un segundo factor, k ini, basándose en una razón de consumo de potencia de la SMPS (41) y pérdida por conmutación con respecto a consumo de potencia de la carga usando la capacitancia inicial del condensador (22),

determinar un primer producto multiplicando el primer factor, k ant, por la tasa de consumo de potencia de la carga usando la capacitancia deteriorada del condensador de enlace de CC (22),

determinar un segundo producto multiplicando el segundo factor, k ini, por la tasa de consumo de potencia de la carga usando la capacitancia inicial del condensador de enlace de CC (22),

determinar un cociente de los productos primero y segundo para el diagnóstico del condensador de enlace de CC (22).

Aparato de diagnóstico de un condensador de enlace de CC de un inversor Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

Esta memoria descriptiva se refiere a una tecnología de diagnóstico de un condensador electrolítico, y particularmente, a un aparato y a un método para el diagnóstico de un condensador de enlace de CC de un inversor.

2. Antecedentes de la invención

En general, un inversor está conectado a una fuente de alimentación comercial de CA trifásica para aplanar una señal de entrada de CA para generar una señal de CC. El inversor varía una frecuencia y una magnitud de una tensión de la señal de CC para generar una tensión de salida deseada, suministrando así la salida generada a un motor. El inversor se usa ampliamente en el mundo de la industria en cuanto a eficiencia energética y simplicidad de control de salida.

Un condensador electrolítico para aplanar la potencia de CC (a continuación en el presente documento, denominado "condensador de enlace de CC") puede estar instalado en el inversor para aplanar la potencia de CC para dar un nivel predeterminado y acumular o descargar energía eléctrica. El deterioro de un condensador de enlace de CC de este tipo es la causa más frecuente de una avería del condensador de enlace de CC. Por tanto, es muy importante diagnosticar una avería del condensador de enlace de CC determinando el deterioro del condensador de enlace de CC.

El documento US 2010/0295554 da a conocer un método para monitorizar el estado de los condensadores de un circuito intermedio de tensión de CC.

El documento US 2009/0072839 da a conocer un método para detectar el fallo de un condensador electrolítico de aplanamiento que aplana una tensión de CC en un circuito inversor.

El documento US 5.798.648 da a conocer un método para inspeccionar un condensador electrolítico en un circuito inversor que contiene elementos de conmutación de transistor.

El documento US 2010/0070212 da a conocer un método para detectar un fallo inminente de uno o más condensadores de inversor en un sistema de alimentación eléctrica.

El documento JP H05 215800 da a conocer un método para el diagnóstico del deterioro de un condensador usado en un convertidor de potencia que tiene una batería como fuente de alimentación.

El artículo "A Real Time Method to Estímate Electrolytic Capacitor Condition in PWM Adjustable Speed Drives and Uninterruptible Power Supplies" (Aeloiza et al., POWER ELECTRONICS SPECIALISTS CONFERENCE, 2005. PESC "05. IEEE 36TH, IEEE, PISCATAWAY, NJ, EE.UU., 1 de enero de 2005, páginas 2867-2872, XP031000530, DOI: 10.1109/PESC.2005.1582040, ISBN: 978-0-7803-9033-1) da a conocer un método de diagnóstico en tiempo real de la resistencia en serie equivalente de los condensadores electrolíticos en ASD (accionamientos de velocidad variable) y UPS (sistemas de alimentación interrumpida).

En el artículo "Life-Cycle Monitoring and Voltage-Managing Unit for DC-Link Electrolytic Capacitors in PWM Converters" (Vogelsberger et al., IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, EE.UU., vol. 26, n.° 2, 1 de febrero de 2011, páginas 493-503, XP011334719, ISSN:0885-8993, DOI: 10.1109/TPEL.2010.2059713) se da a conocer un método adicional.

La figura 1 es una vista de configuración de un aparato para el diagnóstico de un condensador de enlace de CC según la técnica relacionada.

Un aparato para el diagnóstico de un condensador de enlace de CC 112 de un inversor 110 según la técnica relacionada puede estar configurado de modo que una resistencia 113 y un condensador de enlace de CC 112 estén conectados en paralelo entre sí. Además, un contactor 114 puede estar conectado en serie a la resistencia 113. El contactor 114 puede estar normalmente abierto.

Un detector de tensión 116 puede estar conectado en paralelo al condensador de enlace de CC 112. Un circuito de medición de tiempo de descarga 117, un circuito de determinación de deterioro 118 y una interfaz 119 pueden estar conectados al detector de tensión 116.

Durante un funcionamiento general del inversor 110, puede introducirse una tensión de CA (o fuente de alimentación de CA) usando un disyuntor 100 conectado a un rectificador 111 y puede proporcionarse una tensión de CC (o fuente de alimentación de CC) cuya frecuencia se controla mediante un módulo inversor 115 a un motor 120.

En este estado, cuando se interrumpe la potencia cuando se abre el disyuntor 100, puede detenerse el funcionamiento del módulo inversor 115. Por consiguiente, el condensador de enlace de CC 112 está en un estado de carga almacenada. En este caso, cuando se cierra el contactor 114, la carga almacenada se descarga a través de la resistencia 113.

Si se supone que la capacitancia del condensador 112 es C y la magnitud de la resistencia de la resistencia 113 es R, puede disminuir una tensión entre ambos polos debido a la descarga según una constante de tiempo RC. El cambio en la tensión puede detectarse mediante el detector de tensión 116 y transferirse al circuito de medición de tiempo de descarga 117. El circuito de medición de tiempo de descarga 117 puede medir un tiempo de descarga desde el cambio de tensión y transferir el tiempo de descarga medido al circuito de determinación de deterioro 118.

El circuito de determinación de deterioro 118 puede comparar el tiempo de descarga con un tiempo de referencia preestablecido. Cuando el tiempo de descarga es inferior al tiempo de referencia, el circuito de determinación de deterioro 118 puede proporcionar una señal de determinación de deterioro hacia el exterior usando la interfaz 119.

Como tal, el aparato de diagnóstico de la técnica relacionada mide el cambio en la capacitancia midiendo el tiempo de descarga usando una tensión de enlace de CC, y diagnostica el deterioro del condensador de manera correspondiente.

Sin embargo, la técnica relacionada requiere componentes sólo para el diagnóstico del deterioro del condensador, tal como la resistencia 113 y el contactor 114, que no son necesarios en el funcionamiento general. Esto puede dar lugar a costes adicionales.

Sumario de la invención

Por tanto, un aspecto de la descripción detallada es proporcionar un aparato para el diagnóstico de un condensador de enlace de CC de un inversor, que pueda diagnosticar el deterioro del condensador de enlace de CC del inversor usando un motor montado, sin requisitos de circuitos adicionales.

Para conseguir éstas y otras ventajas y según el propósito de esta memoria descriptiva, tal como se implementa y describe en líneas generales en el presente documento, se proporciona un aparato para el diagnóstico del deterioro de un condensador de enlace de CC de un inversor que tiene el condensador de enlace de CC y una parte de inversor, incluyendo el aparato un detector de corriente configurado para detectar una corriente suministrada a un motor en la parte de inversor, un dispositivo de alimentación configurado para suministrar una tensión de CC, y un controlador configurado para controlar la tensión de CC suministrada desde el dispositivo de alimentación al motor para que tenga un nivel predeterminado, en el que el controlador estima la razón de cambio de las capacitancias del condensador de enlace de CC, considerando el consumo de potencia de una resistencia del motor (consumo de potencia de una carga), consumo de potencia del dispositivo de alimentación y una pérdida por conmutación de la parte de inversor, para diagnosticar un nivel deteriorado del condensador de enlace de CC usando la razón de cambio estimada, cuando una tensión del condensador de enlace de CC alcanza una tensión predeterminada.

Según una realización a modo de ejemplo, la parte de inversor puede configurarse conectando una pluralidad de dispositivos de conmutación y una pluralidad de diodos, que están conectados en paralelo, respectivamente, en forma de puente completo trifásico, y el controlador puede controlar la tensión de CC suministrada desde el dispositivo de alimentación para que tenga el nivel predeterminado controlando un estado encendido o apagado de la pluralidad de dispositivos de conmutación.

Según una realización a modo de ejemplo, la parte de inversor puede configurarse conectando la pluralidad de dispositivos de conmutación y la pluralidad de diodos, que están conectados en paralelo, respectivamente, en forma de puente completo trifásico. En este caso, unos dispositivos de conmutación primero a tercero pueden formar trayectos de corriente entre las fases primera a tercera suministradas al motor. El primer dispositivo de conmutación puede formar una rama superior y los dispositivos de conmutación segundo y tercero pueden formar una rama inferior.

Aparato de diagnóstico para el diagnóstico del deterioro de un condensador de enlace de CC (22) de un inversor que tiene el condensador de enlace de CC (22) y una parte de inversor (23), comprendiendo el aparato de diagnóstico:

un detector de corriente (43) configurado para detectar una corriente suministrada a un motor (120) en la parte de inversor (23);

una fuente de alimentación de modo de conmutación, SMPS, (41) configurada para suministrar una tensión de CC y para acoplarse al condensador de enlace de CC; y

un controlador (42) configurado para controlar la tensión de CC suministrada desde la SMPS (41) al motor (120) para que tenga un nivel inicial predeterminado, estando dispuesto el controlador (42) para estimar el cambio de una razón de una capacitancia deteriorada con respecto a una capacitancia inicial del condensador de enlace de CC (22), considerando el consumo de potencia debido a una resistencia del motor (120), que provoca un consumo de potencia de una carga, consumo de potencia de la SMPS y una pérdida por conmutación de la parte de inversor (23), en el que la estimación incluye, en respuesta a que la tensión del condensador de enlace de CC alcance un nivel final predeterminado:

determinar un primer factor, k ant, basándose en una razón de consumo de potencia de la SMPS (41) y pérdida por conmutación con respecto a consumo de potencia de la carga usando la capacitancia deteriorada del condensador de enlace de CC (22),

determinar un segundo factor, k ini, basándose en una razón de consumo de potencia de la SMPS (41) y pérdida por conmutación con respecto a consumo de potencia de la carga usando la capacitancia inicial del condensador (22),

determinar un primer producto multiplicando el primer factor, k ant, por la tasa de consumo de potencia de la carga usando la capacitancia deteriorada del condensador de enlace de CC (22),

determinar un segundo producto multiplicando el segundo factor, k ini, por la tasa de consumo de potencia de la carga usando la capacitancia inicial del condensador de enlace de CC (22),

determinar un cociente de los productos primero y segundo para el diagnóstico del condensador de enlace de CC (22).

Aparato de diagnóstico según la reivindicación 1, en el que la parte de inversor (23) se configura conectando una pluralidad de dispositivos de conmutación y una pluralidad de diodos, conectados en paralelo, en forma de puente completo trifásico, en el que el controlador (42) está adaptado para controlar la tensión de CC suministrada desde la SMPS (41) para que tenga el nivel predeterminado controlando un estado encendido o apagado de la pluralidad de dispositivos de conmutación.

Aparato de diagnóstico según la reivindicación 2, en el que la parte de inversor (23) se configura conectando la pluralidad de dispositivos de conmutación y la pluralidad de diodos, conectados en paralelo, en forma de puente completo trifásico, en el que los dispositivos de conmutación están dispuestos en un par de conmutación y cada uno del par de conmutación están conectados en paralelo y unos dispositivos de conmutación primero a tercero forman trayectos de corriente entre las fases primera a tercera suministradas al motor (120), y cada uno de los dispositivos de conmutación primero a tercero están conectados en paralelo entre sí, en el que el primer dispositivo de conmutación forma una rama superior y los dispositivos de conmutación segundo y tercero forman una rama inferior.

Aparato de diagnóstico según la reivindicación 3, en el que el controlador (42) está adaptado para controlar los dispositivos de conmutación primero a tercero para que se enciendan cuando una corriente suministrada al motor (120) disminuye por debajo de una corriente de referencia un nivel predeterminado en el caso en el que la corriente suministrada al motor (120) fluye en un modo de libre circulación.

Aparato de diagnóstico según la reivindicación 3, en el que el controlador (42) está adaptado para controlar el primer dispositivo de conmutación para que se encienda y los dispositivos de conmutación segundo y tercero para que se apaguen cuando la corriente suministrada al motor (120) aumenta por encima de una corriente de referencia un nivel predeterminado en el caso en el que la corriente suministrada al motor (120) aumenta debido a la adquisición de energía procedente del condensador de enlace de CC (22).

Aparato de diagnóstico según la reivindicación 3, en el que el controlador (42) está adaptado para controlar el primer dispositivo de conmutación para que se apague y los dispositivos de conmutación segundo y tercero para que se enciendan cuando la corriente suministrada al motor (120) aumenta por encima de una corriente de referencia un nivel predeterminado en el caso en el que la corriente suministrada al motor (120) aumenta debido a la adquisición de energía procedente del condensador de enlace de CC (22).

7.

8.

9.

Aparato de diagnóstico según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que el controlador (42) está adaptado para controlar los dispositivos de conmutación cuarto a sexto para que se apaguen.

Aparato de diagnóstico según la reivindicación 1, en el que la capacitancia del condensador de enlace de CC (22) se estima mediante la siguiente ecuación:

C-2 k' PR*

donde Pr (t2-ti) indica la energía consumida por una carga, y k indica una constante que indica una razón de consumo de potencia de la SMPS (41) y la pérdida por conmutación con respecto al consumo de potencia de la carga.

Aparato de diagnóstico según la reivindicación 8, en el que el condensador de enlace de CC (22) se diagnostica como averiado cuando el cambio de la razón disminuye por debajo de una razón predeterminada.

Aparato de diagnóstico según la reivindicación 8, en el que el controlador (42) está adaptado para controlar la SMPS (41) para aumentar una tensión suministrada por la SMPS (41) al límite máximo admisible para reducir la razón del consumo de potencia de la SMPS (41) y la pérdida por conmutación con respecto al consumo de potencia de la carga.