Disposición de circuito para limitar la sobretensión de un devanado de excitación de una máquina síncrona con desexcitación rápida.

Disposición de circuito para desexcitar un devanado de excitación (E) de una máquina síncrona en caso de fallo,

con:

- un circuito de control (1) para controlar un flujo de corriente a través del devanado de excitación (E), en donde para la excitación (E) puede aplicarse una tensión de control positiva y para la desexcitación rápida una tensión de control negativa, caracterizado por

- un circuito de protección (10b; 10c) conectado en paralelo al devanado de excitación (E), con

- un ramal de rueda libre (5), que comprende al menos un circuito serie de un diodo de rueda libre (DS) y un elemento de conmutación (TS) controlable, que está configurado como transistor o tiristor, y

- un divisor de tensión conectado en paralelo al ramal de rueda libre (5), en donde

- el divisor de tensión presenta un ramal resistivo (6), que comprende un circuito serie de al menos dos resistencias (R1, R2),

- una toma central (M3) entre las dos resistencias (R1, R2) está conectada a una conexión de control del elemento de conmutación (TS), y

-el divisor de tensión está dimensionado de tal forma que el elemento de conmutación (TS), en el caso de interrupción de al menos una línea de conexión entre el circuito de control (1) y el devanado de excitación (E), conduce plenamente.

Disposición de circuito para limitar la sobretensión de un devanado de excitación de una máquina síncrona con desexcitación rápida.

La invención se refiere a una disposición de circuito para desexcitar un devanado de excitación de una máquina síncrona.

Estado de la técnica

Por motivos del grado de eficacia y/o de los costes de producción se usan como sistema de accionamiento para vehículos eléctricos máquinas síncronas con excitación exterior. Las máquinas eléctricas de esta clase presentan un devanado de excitación con inductividades muy altas de más de 1 henrio, en la que puede almacenarse una energía superior a 1 julios.

El documento US 6,85,43 B1 hace patente un sistema de protección contra sobretensión para un circuito, para una generación variable de frecuencias. El documento CN 85 21 172 U hace patente un circuito de protección para un choque de almacenamiento inductivo accionado con tensión alterna. El documento US 4,118,749 A1 hace patente un circuito de protección contra sobretensión para una máquina síncrona con un ramal de protección de tiristor conmutable.

Manifiesto de la invención

La presente invención crea una disposición de circuito para desexcitar un devanado de excitación de una máquina síncrona en caso de fallo, con las particularidades de la reivindicación 1.

El elevado importe de la energía almacenada en el devanado de excitación conduce a que, en el caso de una interrupción abrupta del circuito de corriente entre el circuito de control y el devanado de excitación, en el punto de interrupción pueden producirse unas tensiones de varios kilovoltios, que pueden conducir a un arco eléctrico que supone un gran riesgo de incendio y lesiones. Las interrupciones abruptas de este tipo pueden producirse por ejemplo a causa de que, durante el funcionamiento, se extraiga un contacto de enchufe entre el circuito de control y el devanado de excitación o de que los contactos de enchufe, como consecuencia de sacudidas, se desprendan por sí solas ("se suelten por vibración") durante el funcionamiento. También en caso de caída del sistema puede producirse una interrupción abrupta de una línea de conexión entre el circuito de control y el devanado de excitación.

Debido a que al devanado de excitación, aparte de una tensión de control positiva para la excitación, también debe poder aplicarse una tensión de control negativa para la desexcitación rápida, es decisivo que el circuito de protección esté diseñado de tal modo que, en el caso de una desexcitación rápida, es decir, en el caso de una tensión de alimentación negativa aplicada, impida con seguridad un flujo de corriente a través del circuito de protección. En el caso de una interrupción de una línea de conexión entre el circuito de control y el devanado de excitación, sin embargo, se abre una ruta de corriente situada en paralelo al devanado de excitación, a través de la cual puede descargarse específicamente la energía almacenada en el devanado de excitación.

Debido a que el circuito de control está dispuesto separado espacialmente del devanado de excitación, conforme a una forma de ejecución de la invención el devanado de excitación puede conectarse, a través de una conexión de enchufe con al menos dos contactos de enchufe, al circuito de control y separarse del mismo. En un vehículo eléctrico el circuito de control está integrado por ejemplo con frecuencia en una unidad electrónica de potencia prioritaria, mientras que por el contrario el devanado de excitación está dispuesto separado espacialmente de la misma sobre el rotor de la máquina síncrona.

El circuito de protección presenta por ejemplo un varistor (resistencia dependiente de la tensión) o bien, alternativamente, un diodo supresor o un tubo de descarga de gas, que presenta una tensión de disrupción que es mayor que un importe máximo de la tensión de control negativa. Un elemento constructivo de este tipo, conectado en paralelo al devanado de excitación, se hace funcionar en el caso de la desexcitación rápida por debajo de su tensión de disrupción e impide, de este modo, un flujo de corriente. Si se interrumpe una línea de conexión entre el circuito de control y el devanado de excitación, aumenta la tensión en el devanado de excitación hasta que se supera la tensión de disrupción del elemento constructivo, éste conduce y de esta forma permite un flujo de corriente a través del elemento constructivo. La energía almacenada en el devanado de excitación se "quema" después en la resistencia del devanado de excitación así como del varistor, respectivamente del diodo supresor o del tubo de descarga de gas.

El circuito de protección presenta conforme a la invención un ramal de rueda libre, que comprende al menos un circuito serie de un diodo de rueda libre y un elemento de conmutación controlable, en donde el elemento de conmutación está activado de tal manera que, en el caso de interrupción al menos de una línea de conexión entre el

circuito de control y el devanado de excitación, se hace posible un flujo de corriente a través del diodo de rueda libre. El simple uso de un diodo de rueda libre queda descartado, ya que éste también en funcionamiento de una desexcitación rápida permitiría un flujo de corriente a través del circuito de protección. Sin embargo, esto puede impedirse mediante un elemento de conmutación controlado de forma correspondiente, que puede estar ejecutado 5 por ejemplo como transistor o tiristor.

Conforme a una forma de ejecución de la invención puede estar conectada una resistencia adicional en serie con el diodo de rueda libre, que "quema" en gran parte la energía en caso de fallo.

Para configurar de la forma más sencilla posible la activación del elemento de conmutación en cuanto a técnica de conmutación, la activación se realiza por ejemplo con ayuda de un divisor de tensión conectado en paralelo al ramal 1 de rueda libre, el cual está dimensionado de tal modo que el elemento de conmutación conduce plenamente en caso de interrumpirse al menos una línea de conexión entre el circuito de control y el devanado de excitación.

Con ello el divisor de tensión presenta para esto un ramal resistivo, que comprende un circuito serie de al menos dos resistencias, en donde está conectada una toma central entre las resistencias a una conexión de control del

elemento de conmutación.

Una forma de ejecución de la invención prevé que, en paralelo al ramal resistivo, esté conectado un ramal de diodo que comprende al menos un circuito serie de al menos un diodo Zener y al menos una resistencia, en donde está conectada una toma central entre el diodo Zener y la resistencia a través de un diodo, en la dirección de bloqueo, a la toma central entre las resistencias del ramal resistivo. Mediante el uso adicional de un diodo Zener puede conseguirse que el circuito de protección funcione con seguridad como marcha libre no sólo en el caso de una 2 interrupción de las líneas de alimentación hacia la bobina de excitación, sino también en el caso de una sobretensión provocada de otro modo en el devanado de excitación. Esta función puede conseguirse también alternativamente por medio de que se conecte un varistor en paralelo al ramal resistivo.

Todas las resistencias dentro del circuito de protección pueden estar configuradas con ello como resistencias óhmicas o como otros elementos constructivos con una parte óhmica correspondiente.

Conforme a una forma de ejecución de la Invención, la toma central entre las resistencias del ramal resistivo está conectada a un tercer contacto de enchufe de la conexión de enchufe entre el circuito de control y el devanado de excitación, en donde el contacto de enchufe está configurado como contacto adelantado. De este modo puede garantizarse, al extraer el enchufe, una transconexión lo más temprana posible del elemento de conmutación y de este modo una desexcitación lo más rápida posible del devanado de excitación.

Conforme a otra forma de ejecución de la Invención la conexión de enchufe entre el circuito de control y el devanado de excitación está ejecutada protegida contra contactos, de tal modo que aparte de la evitación de un arco eléctrico se evita también un riesgo de lesiones a causa de tocar los contactos después de la extracción del enchufe.

Conforme a otra forma de ejecución de la Invención al elemento de conmutación está preconectado un comparador, que compara la tensión en el devanado de excitación con un valor nominal prefijado y de esta forma detecta una 35 sobretensión.

Se deducen particularidades y ventajas adicionales de formas de ejecución de la invención de la siguiente descripción, haciendo... [Seguir leyendo]

1. Disposición de circuito para desexcitar un devanado de excitación (E) con:

- un circuito de control (1) para controlar un flujo de corriente a través del la excitación (E) puede aplicarse una tensión de control positiva y para la negativa, caracterizado por

- un circuito de protección (1b; 1c) conectado en paralelo al devanado de excitación (E), con

- un ramal de rueda libre (5), que comprende al menos un circuito serie de un diodo de rueda libre (Ds) y un elemento de conmutación (Ts) controlable, que está configurado como transistor o tiristor, y

- un divisor de tensión conectado en paralelo al ramal de rueda libre (5), en donde

- el divisor de tensión presenta un ramal resistivo (6), que comprende un circuito serie de al menos dos resistencias (Ri, R2),

- una toma central (M3) entre las dos resistencias (R1, R2) está conectada a una conexión de control del elemento de conmutación (Ts), y

-el divisor de tensión está dlmenslonado de tal forma que el elemento de conmutación (Ts), en el caso de interrupción de al menos una línea de conexión entre el circuito de control (1) y el devanado de excitación (E), conduce plenamente.

2. Disposición de circuito según la reivindicación 1, en donde el devanado de excitación (E) puede conectarse, a través de una conexión de enchufe (4) con al menos dos contactos de enchufe (K1, K2), al circuito de control (1) y separarse del mismo.

3. Disposición de circuito según la reivindicación 1, en donde, en paralelo al ramal resistivo (6), está conectado un ramal de diodo (7) que comprende al menos un circuito serie de al menos un diodo Zener (Zd) y al menos una resistencia (R3), en donde está conectada una toma central (M4) entre el diodo Zener (ZD) y la resistencia (R3) a través de un diodo, en la dirección de bloqueo, a la toma central (M3) entre las dos resistencias (R1, R2) del ramal resistivo (6).

4. Disposición de circuito según la reivindicación 1, en donde en paralelo al ramal resistivo (6) está conectado un varistor.

5. Disposición de circuito según una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la toma central (M3) entre las dos resistencias (R1, R2) del ramal resistivo (6) está conectada a un tercer contacto de enchufe (K3) de la conexión de enchufe (4), el cual está configurado como contacto adelantado.

6. Disposición de circuito según la reivindicación 1, en donde al elemento de conmutación (Ts) está preconectado un comparador (KOMP), que compara la tensión en el devanado de excitación (E) con un valor umbral prefijado.

7. Disposición de circuito según la reivindicación 2, en donde la conexión de enchufe (4) está ejecutada protegida contra contactos.

de una máquina síncrona en caso de fallo,

devanado de excitación (E), en donde para desexcitación rápida una tensión de control