Sistema de control de seguridad para una carga eléctrica.

Sistema de control de seguridad que comprende un convertidor (1) de potencia dotado de un módulo (INV) ondulador destinado a conectarse a una carga (C) eléctrica y una unidad (2) de control destinada a determinar unas señales de control (PWM) a aplicar al módulo (INV) ondulador para controlar la carga (C) eléctrica,

comprendiendo la unidad (2) de control

- una unidad (20) electrónica de tratamiento que comprende:

- un primer circuito (200) electrónico de tratamiento dispuesto para determinar una señal (IS_HW) de corriente de alimentación de la carga (C) eléctrica,

- un segundo circuito (201) electrónico de tratamiento dispuesto para determinar una señal (US_HW) de tensión aplicada a la carga (C) eléctrica,

- una unidad (21) de software de tratamiento que recibe dichas señales de corriente y de tensión con el fin de determinar dichas señales de control (PWM) de la carga eléctrica,

estando dicho sistema caracterizado porque:

- el primer circuito (200) electrónico de tratamiento comprende unos medios (202) de estimación de un valor de pulsación (IP_HW) o de fase de la corriente a partir de la señal de corriente,

- el segundo circuito (201) electrónico de tratamiento comprende unos medios (203) de estimación de un valor de pulsación (UP_HW) o de fase de la tensión a partir de la señal de tensión,

- la unidad (21) de software de tratamiento comprende un primer módulo (210) de software de estimación de un valor de pulsación (Val1P_SW) o de un valor de fase,

- la unidad (20) electrónica de tratamiento comprende una unidad (204) electrónica de comparación dispuesta para comparar el valor de pulsación (IP_HW) o de fase estimado por el primer circuito (200) electrónico de tratamiento, el valor de pulsación (UP_HW) o de fase estimado por el segundo circuito (201) electrónico de tratamiento y el valor de pulsación (Val1P_SW) o de fase estimado por el primer módulo (210) de software de la unidad (21) de software de tratamiento,

- la unidad (204) electrónica de comparación comprende un primer canal (C1) de inhibición del módulo (INV) ondulador del convertidor de potencia.

Sistema de control de seguridad para una carga eléctrica Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de control de seguridad de una carga eléctrica Estado de la técnica

La norma IEC61508 asocia las funciones de seguridad funcional al nivel de probabilidad de fallo de los elementos que constituyen una función en el aparato. Este nivel de probabilidad, denominado SIL, varía de 1 a 4, siendo el nivel 1 el menos exigente y el nivel 4 el más apremiante.

Hoy en día, la problemática de seguridad funcional se aplica a todos los campos, principalmente al mando y control de una carga eléctrica, asegurado mediante un convertidor de potencia del tipo variador de velocidad. De ese modo, con el fin de satisfacer las exigencias del nivel SIL en un convertidor de potencia, es necesario realizar unos dispositivos de redundancia en los diferentes circuitos del convertidor.

En los convertidores de potencia actuales, es conocida la realización de una supervisión de la velocidad utilizando diferentes arquitecturas de redundancia en la estimación y/o el tratamiento realizado, empleando por ejemplo dos microprocesadores en paralelo.

El objetivo de la invención es proponer un convertidor de potencia que integre unas funciones de seguridad funcional sobre la velocidad, permitiendo obtener un nivel de SIL de al menos 2, sin emplear dos microprocesadores y aprovechando la arquitectura producida.

El documento DE 10 2009 046 583 A1 muestra un sistema de control de seguridad que corresponde al preámbulo de la reivindicación 1.

Exposición de la invención

Este objetivo se consigue mediante un sistema de control de seguridad que comprende un convertidor de potencia dotado de un módulo ondulador destinado a conectarse a una carga eléctrica y una unidad de control destinada a determinar unas señales de control a aplicar al módulo ondulador para controlar la carga eléctrica, comprendiendo la unidad de control

- una unidad electrónica de tratamiento que comprende:

- un primer circuito electrónico de tratamiento dispuesto para determinar una señal de corriente de alimentación de la carga eléctrica,

- un segundo circuito electrónico de tratamiento dispuesto para determinar una señal de tensión aplicada a la carga eléctrica,

- una unidad de software de tratamiento que recibe dichas señales de corriente y de tensión con el fin de determinar dichas señales de control de la carga eléctrica,

- comprendiendo el primer circuito electrónico de tratamiento unos medios de estimación de un valor de pulsación o de fase de la corriente a partir de la señal de corriente,

- comprendiendo el segundo circuito electrónico de tratamiento unos medios de estimación de un valor de pulsación o de fase de la tensión a partir de la señal de tensión,

- la unidad de software de tratamiento comprende un primer módulo de software de estimación de un valor de pulsación o de un valor de fase,

- la unidad electrónica de tratamiento comprende una unidad electrónica de comparación dispuesta para comparar el valor de pulsación o de fase estimado por el primer circuito electrónico de tratamiento, el valor de pulsación o de fase estimado por el segundo circuito electrónico de tratamiento y el valor de pulsación o de fase estimado por el primer módulo de software de la unidad de software de tratamiento,

- la unidad electrónica de comparación comprende un primer canal de inhibición del módulo ondulador del convertidor de potencia.

Según una particularidad, la unidad de software de tratamiento comprende un segundo módulo de software de estimación de un valor de pulsación o de fase de corriente, que tiene en cuenta una señal de corriente, siendo inyectado dicho valor de pulsación o de fase para comparación en la unidad electrónica de comparación.

Según otra particularidad, la unidad electrónica de comparación se dispone para efectuar una comparación teniendo en cuenta unos parámetros de seguridad funcional de la carga eléctrica.

Según otra particularidad, la unidad de software de tratamiento comprende una unidad de software de comparación que recibe en la entrada el valor de pulsación o de fase estimado por el primer circuito electrónico de tratamiento, el valor de pulsación o de fase estimado por el primer módulo de software de estimación y el valor de pulsación o de

fase estimado por el segundo módulo de software de estimación.

Según otra particularidad, la unidad de software de comparación comprende un segundo canal de inhibición del módulo ondulador del convertidor de potencia.

Según otra particularidad, la unidad de software de tratamiento se dispone para efectuar una comparación teniendo en cuenta unos parámetros de seguridad funcional de la carga eléctrica.

Breve descripción de las figuras

Aparecerán otras características y ventajas en la descripción detallada a continuación, realizada en relación con unos dibujos adjuntos en los que:

- la figura 1 representa de manera esquemática, un convertidor de potencia del tipo variador de velocidad,

- la figura 2 representa la arquitectura funcional clásica de un sistema de control no de seguridad,

- la figura 3 representa una primera arquitectura funcional del sistema de control de seguridad de la invención,

- la figura 4 representa una segunda arquitectura funcional del sistema de control de seguridad de la invención,

- la figura 5 representa una tercera arquitectura funcional del sistema de control de seguridad de la invención.

Descripción detallada de al menos un modo de realización.

En lo que sigue de la descripción, se distinguirán unos medios o unidades electrónicas compuestas de elementos materiales ("hardware") y unos medios, módulos o unidades de software compuestas por programas informáticos ("software") ejecutables por un microprocesador.

La invención se refiere a un sistema de control de seguridad que comprende un convertidor 1 de potencia y una unidad 2 de control. La unidad 2 de control puede integrarse en el convertidor de potencia o ser independiente de éste.

De manera conocida, un convertidor 1 de potencia, del tipo variador de velocidad, tal como el representado en la figura 1, se destina al control de una carga C eléctrica. Comprende principalmente un módulo INV ondulador conectado por tres fases U, V, W de salida a la carga C eléctrica y controlado mediante unas señales de control generadas por la unidad 2 de control para aplicar una tensión variable a la carga C eléctrica.

Un convertidor 1 de potencia del tipo variador de velocidad comprende igualmente:

- tres fases R, S, T de entrada conectadas a una red RD de distribución eléctrica,

- un módulo REC rectificador situado en la entrada y destinado a convertir una tensión alterna proporcionada por la red RD de distribución eléctrica en una tensión continua,

- un bus de continua de alimentación conectado, aguas arriba, al módulo REC rectificador y, aguas abajo, al módulo INV inversor y que comprende dos líneas L1, L2 de alimentación entre las que se aplica la tensión continua,

- un condensador Cbus del bus conectado a las dos líneas L1, L2 de alimentación y encargado de mantener la tensión continua del bus a un valor constante.

El módulo INV ondulador de un convertidor 1 de potencia comprende varias ramas de conmutación, por ejemplo en número de tres si la carga C eléctrica es trifásica. Cada rama de conmutación comprende dos transistores de potencia, por ejemplo del tipo IG-BT, controlado cada uno mediante un dispositivo de control que recibe las señales de control de parte de la unidad 2 de control.

La unidad 2 de control comprende una unidad 20 electrónica de tratamiento y una unidad de software 21 de tratamiento.

En una arquitectura clásica, tal como la representada en la figura 2, la unidad 20 electrónica de tratamiento se conecta a un primer circuito 30 de medición de al menos dos corrientes (¡u, ¡v, ¡w) sobre las fases U, V, W de salida conectadas a la carga C eléctrica y a un segundo circuito 31 de medición de las tensiones simples o compuestas (Uvu, Uwu) en las fases U, V, W de salida conectadas a la carga C eléctrica. Las corrientes y tensiones se extraen por ejemplo en la forma de señales digitales Is_n, Us_n, por ejemplo a través de un circuito del tipo sigma-delta. La unidad 20 electrónica de tratamiento comprende de ese modo:

- un primer circuito electrónico 200 de tratamiento que permite reconstituir las señales de corriente (Is_hw) a partir de la señal digital de corriente Is_n obtenida mediante el primer circuito 30 de medición y,

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1. Sistema de control de seguridad que comprende un convertidor (1) de potencia dotado de un módulo (INV) ondulador destinado a conectarse a una carga (C) eléctrica y una unidad (2) de control destinada a determinar unas señales de control (PWM) a aplicar al módulo (INV) ondulador para controlar la carga (C) eléctrica, comprendiendo la unidad (2) de control

- una unidad (20) electrónica de tratamiento que comprende:

- un primer circuito (200) electrónico de tratamiento dispuesto para determinar una señal (Is_hw) de corriente de alimentación de la carga (C) eléctrica,

- un segundo circuito (201) electrónico de tratamiento dispuesto para determinar una señal (Us_hw) de tensión aplicada a la carga (C) eléctrica,

- una unidad (21) de software de tratamiento que recibe dichas señales de corriente y de tensión con el fin de determinar dichas señales de control (PWM) de la carga eléctrica,

estando dicho sistema caracterizado porque:

- el primer circuito (200) electrónico de tratamiento comprende unos medios (202) de estimación de un valor de pulsación (lp hw) o de fase de la corriente a partir de la señal de corriente,

- el segundo circuito (201) electrónico de tratamiento comprende unos medios (203) de estimación de un valor de pulsación (Up_hw) o de fase de la tensión a partir de la señal de tensión,

- la unidad (21) de software de tratamiento comprende un primer módulo (210) de software de estimación de un valor de pulsación (Val1PSw) o de un valor de fase,

- la unidad (20) electrónica de tratamiento comprende una unidad (204) electrónica de comparación dispuesta para comparar el valor de pulsación (Ip_hw) o de fase estimado por el primer circuito (200) electrónico de tratamiento, el valor de pulsación (Up_hw) o de fase estimado por el segundo circuito (201) electrónico de tratamiento y el valor de pulsación (Val1P sw) o de fase estimado por el primer módulo (210) de software de la unidad (21) de software de tratamiento,

- la unidad (204) electrónica de comparación comprende un primer canal (C1) de inhibición del módulo (INV) ondulador del convertidor de potencia.

2. Sistema de control según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de software de tratamiento comprende un segundo módulo de software de estimación de un valor de pulsación o de fase de corriente, que tiene en cuenta una señal (ls) de corriente, y porque dicho valor de pulsación (Val2P_sw) o de fase se inyecta para comparación en la unidad (204) electrónica de comparación.

3. Sistema de control según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la unidad (204) electrónica de comparación se dispone para efectuar una comparación teniendo en cuenta unos parámetros de seguridad funcional

(PSF) de la carga (C) eléctrica.

4. Sistema de control según la reivindicación 2 o 3, caracterizado porque la unidad (21) de software de tratamiento comprende una unidad (214) de software de comparación que recibe en la entrada el valor de pulsación (Ip_hw) o de fase estimado por el primer circuito (200) electrónico de tratamiento, el valor de pulsación (Val1P sw) o de fase estimado por el primer módulo (210) de software de estimación y el valor de pulsación (Val2P_sw) o de fase estimado por el segundo módulo (211) de software de estimación.

5. Sistema de control según la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad (214) de software de comparación comprende un segundo canal (C2) de inhibición del módulo (INV) ondulador del convertidor de potencia.

6. Sistema de control según la reivindicación 5, caracterizado porque la unidad de software de tratamiento se dispone para efectuar una comparación teniendo en cuenta unos parámetros de seguridad funcional (PSF) de la carga (C) eléctrica.