DISPOSITIVO DE CONVERSION DE ENERGIA.

Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica que puede conectarse entre al menos una fuente (11 a 1n) de tensión alterna de entrada y al menos una carga (41 a 4n) que forma una fuente (41 a 4n) de corriente alterna de salida,

presentando cada fuente (11 a 1n) de tensión alterna de entrada un borne (21 a 2n) de alimentación y un borne (31 a 3n) de neutro, comprendiendo el dispositivo al menos un bloque (61 a 6n) de conmutación, adaptado para estar asociado a una fuente (41 a 4n) de corriente alterna de salida y comprendiendo un borne (71 a 7n) de entrada al que puede conectarse el borne (21 a 2n) de alimentación de la fuente (11 a 1n) de tensión alterna de entrada, al menos un borne (91 a 9n) de referencia y un borne (101 a 10n) de salida al que puede conectarse dicha carga (41 a 4n) que forma una fuente de corriente alterna de salida, comprendiendo también dicho bloque (61 a 6n) una matriz (121 a 12n) de conmutación formada por condensadores (20j,i,k) y por celdas (22j,i,k) de conmutación, celdas que son controladas de manera individual por medios (28j,i,k) de control de su funcionamiento, caracterizado porque el o cada bloque (61 a 6n) de conmutación comprende un único borne (91 a 9n) de referencia que está a un potencial de referencia diferente del potencial de dicho borne (31 a 3n) de neutro de dicha fuente (11 a 1n) y porque comprende medios (131 a 13n, 50) de mantenimiento permanente, en un signo constante o nulo, de la diferencia de potencial entre dicho borne (71 a 7n) de entrada y dicho borne (91 a 9n) de referencia del o de cada bloque (61 a 6n) de conmutación

Dispositivo de conversión de energía.

La presente invención se refiere a un dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica de corte entre una o varias fuentes de tensión alterna y una o varias fuentes de corriente alterna.

Soluciones existentes, a base de contactores o de tiristores y de transformadores, permiten efectuar este tipo de conversión.

Sin embargo, estas soluciones sólo permiten una regulación discreta, y por tanto imprecisa y su respuesta es lenta.

Además, estas soluciones necesitan transformadores con conexiones intermedias para realizar la regulación de la tensión. El coste del conjunto es, por tanto, elevado.

Otras soluciones para realizar dispositivos de conversión de energía utilizan asociaciones de condensadores y de interruptores que permiten conmutar la corriente entre los diferentes condensadores y así transformar la señal.

Una utilización de condensadores conmutados de este tipo para proceder a una conversión de una señal es una técnica clásica de la electrónica.

Una red de semiconductor que sirven de interruptores y de condensadores dispuestos en matriz entre una fuente de tensión y una fuente de corriente, se utiliza en el dispositivo descrito en la solicitud de patente francesa, presentada el 26 de mayo de 2000, con el n.º 00 06 786 por la solicitante.

Sin embargo, el dispositivo descrito en la solicitud de patente francesa 00 06 786, no permite efectuar una conversión entre una fuente de tensión alterna y una fuente de corriente alterna.

Un dispositivo que efectúa teóricamente una conversión entre una fuente de tensión alterna y una fuente de corriente alterna, se describe en el artículo de D.-H.KWON, D.-D.MIN y J.-H.KIM, titulado "Novel topologies of AC choppers", publicado en IEE Proceedings on Electr. Power Appl., páginas 323-330, volumen 143, n.º 4 de julio de 1996.

Sin embargo, este artículo describe de manera puramente teórica un caso particular que presenta tres fuentes de corriente alterna y no tiene en cuenta los problemas de implantación prácticos de los circuitos electrónicos de potencias medianas y grandes.

En particular, parece que los circuitos electrónicos de este documento, presentan riesgos de sobretensión importantes a potencia pequeña y criticas a potencia alta especialmente superior a 750 kW.

La invención pretende remediar este problema permitiendo una conversión reversible de energía eléctrica entre una o varias fuentes de tensión alterna y una o varias fuentes de corriente alterna, fiable para todas las potencias.

Para ello, la invención tiene como objeto un dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica que puede conectarse entre al menos una fuente de tensión alterna de entrada y al menos una carga que forma una fuente de corriente alterna de salida, presentando cada fuente de tensión alterna de entrada un borne de alimentación y un borne de neutro, comprendiendo el dispositivo al menos un bloque de conmutación, adaptado para estar asociado a una fuente de corriente alterna de salida y comprendiendo un borne de entrada al que puede conectarse el borne de alimentación de la fuente de tensión alterna de entrada, al menos un borne de referencia y un borne de salida al que puede conectarse dicha carga que forma una fuente de corriente alterna de salida, comprendiendo también dicho bloque una matriz de conmutación formada por condensadores y por celdas de conmutación, celdas que son controladas de manera individual por medios de control de su funcionamiento, caracterizado porque el o cada bloque de conmutación comprende un único borne de referencia que está a un potencial de referencia diferente del potencial de dicho borne de neutro de dicha fuente y porque comprende medios de mantenimiento permanente, en un signo constante o nulo, de la diferencia de potencial entre dicho borne de entrada y dicho borne de referencia del o de cada bloque de conmutación.

Según otras características de los ejemplos de realización preferidos:

- la matriz del o de cada bloque comprende al menos una etapa que comprende al menos un rango de celdas de conmutación, dispuestas a razón de una sola celda de conmutación para cada etapa de un mismo rango, estando compuesta cada celda de conmutación por dos elementos que forman un interruptor, definiendo la o cada etapa dos grupos de interruptores unidos en serie y por tanto definiendo dicha matriz de conmutación dos grupos extremos de interruptores, estando asociada cada celda de conmutación a un condensador dimensionado para mantener entre los bornes homólogos de los dos interruptores de cada celda de conmutación, una tensión de carga igual a una fracción de la tensión de la fuente de tensión alterna de entrada, decreciente en función de su rango a partir de esta fuente, estando conectados los condensadores de un mismo rango en serie entre los dos grupos extremos de interruptores.

- todos los interruptores de cada celda de conmutación son unidireccionales en tensión y bidireccionales en corriente;

- todos los interruptores de cada celda de conmutación están formados de componentes electrónicos que son unidireccionales en tensión y unidireccionales en corriente;

- todos los interruptores de cada celda de conmutación están formados por componentes electrónicos todos idénticos, y porque cada interruptor está constituido por interruptores elementales idénticos conectados en serie cuyo número es función de la tensión máxima aplicable entre sus bornes;

- comprende medios de pilotaje de los medios de control que comprenden medios de tratamiento de una señal de referencia para enviar en la salida una pluralidad de señales secundarias de referencia, y medios de transmisión de cada señal secundaria de referencia a todos los medios de control de las celdas de conmutación de una misma etapa de todas las matrices de todos los bloques del dispositivo;

- dichos medios de tratamiento están adaptados para enviar una pluralidad de señales secundarias de referencia que son funciones afines por trozo de la señal de referencia, siendo cada señal secundaria de referencia de una etapa que es en cada instante de valor superior o igual al valor de una señal secundaria de referencia de una etapa más próxima a la fuente de tensión;

- dichos medios de pilotaje comprenden medios de generación de una señal de sincronización para enviar en la salida una pluralidad de señales secundarias de sincronización, y medios de transmisión de cada señal secundaria de sincronización a todos los medios de control de las celdas de conmutación de un mismo rango de todas las matrices de todos los bloques del dispositivo;

- comprende un único bloque de conmutación y puede conectarse a una sola fuente de tensión alterna de entrada cuyo dicho borne de neutro es accesible para permitir una conexión y que está asociado a una sola carga que forma una fuente de corriente alterna de salida, y porque comprende además un primer condensador que puede conectarse entre dicho borne de neutro de dicha fuente y un borne de salida de la carga y un segundo condensador que puede conectarse entre el borne de referencia de dicho bloque de conmutación y el borne de salida de la carga;

- comprende un único bloque de conmutación y puede conectarse a una sola fuente de tensión alterna de entrada cuyo dicho borne de neutro es accesible para permitir una conexión y que está asociado a una sola carga que forma una fuente de corriente alterna de salida, y comprende un bloque de desfase que comprende un borne de entrada adaptado para unirse a dicho borne de neutro de dicha fuente, un borne de referencia unido al borne de referencia del bloque de conmutación, y un borne de salida que puede conectarse al borne de salida de la carga, permitiendo dicho bloque de desfase modificar el potencial del borne de salida que puede conectarse a un borne de salida de la carga;

- comprende un primer y un segundo bloques de conmutación y puede conectarse a una sola fuente de tensión alterna de entrada cuyo dicho borne de neutro es accesible para permitir una conexión y que está asociado a una sola carga que forma una fuente de corriente alterna de salida, estando unidos los bornes de referencia de los dos bloques de conmutación entre sí, estando adaptado el primer bloque de conmutación para conectarse por su borne de entrada al borne de alimentación de dicha fuente, estando adaptado el segundo bloque de conmutación para conectarse por su borne de entrada al borne de neutro de dicha fuente, estando adaptado además dicho dispositivo para la conexión de dicha carga entre los...

1. Dispositivo de conversión reversible de energía eléctrica que puede conectarse entre al menos una fuente (1₁ a 1_n) de tensión alterna de entrada y al menos una carga (4₁ a 4_n) que forma una fuente (4₁ a 4_n) de corriente alterna de salida, presentando cada fuente (1₁ a 1_n) de tensión alterna de entrada un borne (2₁ a 2_n) de alimentación y un borne (3₁ a 3_n) de neutro, comprendiendo el dispositivo al menos un bloque (6₁ a 6_n) de conmutación, adaptado para estar asociado a una fuente (4₁ a 4_n) de corriente alterna de salida y comprendiendo un borne (7₁ a 7_n) de entrada al que puede conectarse el borne (2₁ a 2_n) de alimentación de la fuente (1₁ a 1_n) de tensión alterna de entrada, al menos un borne (9₁ a 9_n) de referencia y un borne (10₁ a 10_n) de salida al que puede conectarse dicha carga (4₁ a 4_n) que forma una fuente de corriente alterna de salida, comprendiendo también dicho bloque (6₁ a 6_n) una matriz (12₁ a 12_n) de conmutación formada por condensadores (20_j,i,k) y por celdas (22_j,i,k) de conmutación, celdas que son controladas de manera individual por medios (28_j,i,k) de control de su funcionamiento, caracterizado porque el o cada bloque (6₁ a 6_n) de conmutación comprende un único borne (9₁ a 9_n) de referencia que está a un potencial de referencia diferente del potencial de dicho borne (3₁ a 3_n) de neutro de dicha fuente (1₁ a 1_n) y porque comprende medios (13₁ a 13_n, 50) de mantenimiento permanente, en un signo constante o nulo, de la diferencia de potencial entre dicho borne (7₁ a 7_n) de entrada y dicho borne (9₁ a 9_n) de referencia del o de cada bloque (6₁ a 6_n) de conmutación.

2. Dispositivo de conversión según la reivindicación 1, caracterizado porque la matriz (12₁ a 12_n) del o de cada bloque (6₁ a 6_n) comprende al menos una etapa (30_j,1 a 30_j,n) que comprende al menos un rango (32_j,1 a 32_j,p) de celdas (22_j,i,k) de conmutación, dispuestas a razón de un sola celda (22_j,i,k) de conmutación para cada etapa (32_j,1 a 32_j,p) de un mismo rango (30_j,1 a 30_j,n), estando compuesta cada celda (22_j,i,k) de conmutación por dos elementos que forman un interruptor (24_j,i,k, 26_j,i,k), definiendo la o cada etapa (30_j,1 a 30_j,n) dos grupos de interruptores unidos en serie y definiendo por tanto dicha matriz (12₁ a 12_n) de conmutación dos grupos extremos de interruptores, estando asociada cada celda (22_j,i,k) de conmutación a un condensador (20_j,i,k) dimensionado para mantener entre los bornes homólogos de los dos interruptores (24_j,i,k, 26_j,i,k) de cada celda (22_j,i,k) de conmutación, una tensión de carga igual a una fracción de la tensión de la fuente de tensión (1₁ a 1_n) alterna de entrada, decreciente en función de su rango a partir de esta fuente, estando conectados en serie los condensadores (20_j,i,k) de un mismo rango (32_j,1 a 32_j,p) entre los dos grupos extremos de interruptores.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque todos los interruptores (24_j,i,k, 26_j,i,k) de cada celda (22_j,i,k) de conmutación son unidireccionales en tensión y bidireccionales en corriente.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque todos los interruptores (24_j,i,k, 26_j,i,k) de cada celda (22_j,i,k) de conmutación, están formados por componentes (52, 54) electrónicos que son unidireccionales en tensión y unidireccionales en corriente.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque todos los interruptores (24_j,i,k, 26_j,i,k) de cada celda (22_j,i,k) de conmutación están formados por componentes (52, 54) electrónicos todos idénticos, y porque cada interruptor está constituido por interruptores (50) elementales idénticos conectados en serie cuyo número es función de la tensión máxima aplicable entre los bornes.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque comprende medios (34, 40, 42, 44) de pilotaje de los medios (28_j,i,k) de control que comprenden medios (42, 44) de tratamiento de una señal (Sr) de referencia para enviar en la salida una pluralidad de señales (Sr₁ a Sr_n) secundarias de referencia, y medios de transmisión de cada señal secundaria de referencia a todos los medios (28_j,i,k) de control de las celdas de conmutación de una misma etapa de todas las matrices (12₁ a 12_n) de todos los bloques (6₁ a 6_n) del dispositivo.

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque dichos medios (42, 44) de tratamiento están adaptados para enviar una pluralidad de señales (Sr₁ a Sr_n) secundarias de referencia que son funciones afines por trozo de la señal (Sr) de referencia, siendo cada señal (Sr₁ a Sr_n) secundaria de referencia de una etapa (30_j,k) que es en cada instante de valor superior o igual al valor de una señal secundaria de referencia de una etapa más próxima a la fuente (1₁ a 1_n) de tensión.

8. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque dichos medios (34, 40, 42, 44) de pilotaje comprenden medios de generación de una señal (34) de sincronización para enviar en la salida una pluralidad de señales (Sd₁ a Sd_p) secundarias de sincronización, y medios de transmisión de cada señal (Sd₁ a Sd_p) secundaria de sincronización a todos los medios (28_j,i,k) de control de las celdas de conmutación de un mismo rango de todas las matrices (12₁ a 12_n) de todos los bloques (6₁ a 6_n) del dispositivo.

9. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende un único bloque (6) de conmutación y puede conectarse a una sola fuente (1) de tensión alterna de entrada cuyo dicho borne (3) de neutro es accesible para permitir una conexión y que está asociado a una sola carga (4) que forma una fuente de corriente alterna de salida, y porque comprende además un primer condensador (20) que puede conectarse entre dicho borne (3) de neutro de dicha fuente (1) y un borne (5) de salida de la carga (4) y un segundo condensador (22) que puede conectarse entre el borne (9) de referencia de dicho bloque (6) de conmutación y el borne (5) de salida de la carga (4).

10. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende un único bloque (6) de conmutación y puede conectarse a una sola fuente (1) de tensión alterna de entrada cuyo dicho borne (3) de neutro es accesible para permitir una conexión y que está asociado a una sola carga (4) que forma una fuente de corriente alterna de salida, y porque comprende un bloque (14) de desfase que comprende un borne (15) de entrada adaptado para unirse a dicho borne (3) de neutro de dicha fuente (1), un borne (16) de referencia unido al borne (9) de referencia del bloque (6) de conmutación, y un borne (17) de salida que puede conectarse al borne (5) de salida de la carga (4), permitiendo dicho bloque (14) de desfase modificar el potencial del borne (17) de salida que puede conectarse a un borne (5) de salida de la carga (4).

11. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende un primer y un segundo bloques (6₁, 6₂) de conmutación y puede conectarse a una sola fuente (1) de tensión alterna de entrada cuyo dicho borne (3) de neutro es accesible para permitir una conexión y que está asociado con una sola carga (4) que forma una fuente de corriente alterna de salida, estando unidos entre sí los bornes de referencia de los dos bloques (6₁, 6₂) de conmutación, estando adaptado el primer bloque (6₁) de conmutación para conectarse por su borne (7₁) de entrada al borne (2) de alimentación de dicha fuente (1), estando adaptado el segundo bloque (6₂) de conmutación para conectarse por su borne (7₂) de entrada al borne (3) de neutro de dicha fuente (1), estando además adaptado dicho dispositivo para la conexión de dicha carga (4) entre los bornes (10₁, 10₂) de salida de los dos bloques de conmutación.

12. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque los medios de mantenimiento permanente, en un signo constante o nulo de la diferencia de potencial entre dicho borne (7; 7₁, 7₂) de entrada y dicho borne (9; 9₁, 9₂) de referencia comprenden, asociados al o a cada bloque (6; 6₁, 6₂) de conmutación, medios (13; 13₁, 13₂) de inhibición que comprenden medios de evaluación del signo de la diferencia de potencial entre dicho borne (7) de entrada y dicho borne (3) de neutro de la fuente (1), adaptados para enviar en la salida una señal de inhibición del bloque (6) de conmutación, y porque el o cada bloque (6; 6₁, 6₂) de conmutación está adaptado para unir entre sí su borne (7; 7₁, 7₂) de entrada, su borne (9; 9₁, 9₂) de referencia y su borne (10; 10₁, 10₂) de salida, durante la recepción de dicha señal de inhibición.

13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque dichos medios (13) de inhibición están adaptados para enviar dicha señal de inhibición cuando la diferencia de potencial entre dicho borne (7) de entrada y dicho borne (3) de neutro de la fuente (1) es negativo, estando además la matriz (12) de conmutación formada por componentes (52, 54) electrónicos orientados de tal manera que dicho bloque de conmutación soporta únicamente una tensión positiva o nula.

14. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque dichos medios (13) de inhibición están adaptados para enviar dicha señal de inhibición cuando la diferencia de potencial entre dicho borne (7) de entrada y dicho borne (3) de neutro de la fuente (1) es positiva, estando además la matriz (12) de conmutación formada por componentes (52, 54) electrónicos orientados de tal manera que dicho bloque de conmutación soporta únicamente una tensión negativa o nula.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque puede conectarse a al menos dos fuentes (1₁ a 1_n) de tensión alterna de entrada cuyos bornes (3₁ a 3_n) de neutro están todos unidos entre sí, asociados al mismo número de cargas (4₁ a 4_n) que forman fuentes de corriente alterna de salida y cuyos bornes (5₁ a 5_n) de salida están también todos unidos entre sí y porque comprende una pluralidad de bloques (6₁ a 6_n) de conmutación, estando todos los bornes (9₁ a 9n) de referencia de los bloques (6₁ a 6_n) de conmutación unidos entre sí.

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque dichos bornes (3₁ a 3_n) de neutro de dichas fuentes (1₁ a 1_n) son accesibles para permitir una conexión, y porque comprende un bloque (14) de desfase que comprende un borne (15) de entrada adaptado para unirse a dichos bornes (3₁ a 3_n) de neutro, un borne (16) de referencia unido al conjunto de los bornes (9₁ a 9_n) de referencia de los bloques (6₁ a 6_n) de conmutación y un borne (17) de salida puede conectarse al conjunto de los bornes (5₁ a 5_n) de salida de las cargas (4₁ a 4_n) que forman una fuente de corriente alterna de salida, permitiendo dicho bloque (14) de desfase modificar el potencial del borne (17) de salida que puede conectarse a los bornes (5₁ a 5_n) de salida de las cargas (4₁ a 4_n).

17. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 15 y 16, caracterizado porque los medios de mantenimiento permanente, en un signo constante o nulo de la diferencia de potencial entre dicho borne (7₁ a 7_n) de entrada y dicho borne (9₁ a 9_n) de referencia comprenden, asociados al o a cada bloque (6₁ a 6_n) de conmutación, medios (13₁ a 13_n) de inhibición que comprenden medios de comparación de la diferencia de potencial entre los bornes (7₁ a 7_n) de entrada y un borne de potencial común a todos los dichos bloques (6₁ a 6_n) de conmutación, tal como los bornes (3₁ a 3_n) de neutro de las fuentes (1₁ a 1_n), los bornes (5₁ a 5_n) de salida de las cargas (4₁ a 4_n) o los bornes (9₁ a 9_n) de referencia, adaptados para enviar en la salida señales de inhibición de los bloques (6₁ a 6_n) de conmutación y porque el o cada bloque (6₁ a 6_n) de conmutación está adaptado para unir entre sí su borne (7₁ a 7_n) de entrada, su borne (9₁ a 9_n) de referencia y su borne (10₁ a 10_n) de salida, durante la recepción de dicha señal de inhibición.

18. Dispositivo según la reivindicación 17, caracterizado porque dichos medios (13₁ a 13_n) de inhibición están adaptados para enviar una señal de inhibición únicamente al bloque cuya diferencia de potencial entre los bornes (7₁ a 7_n) de entrada y un borne de potencial común a todos los bloques (6₁ a 6_n) de conmutación, tal como los bornes (3₁ a 3_n) de neutro de las fuentes (1₁ a 1_n), los bornes (5₁ a 5_n) de salida de las cargas (4₁ a 4_n) o los bornes (9₁ a 9_n) de referencia, es la más pequeña, estando además las matrices (12₁ a 12_n) de conmutación formadas por componentes (52, 54) electrónicos orientados de manera que dichos bloques (6₁ a 6_n) soportan únicamente una tensión positiva o nula.

19. Dispositivo según la reivindicación 18, caracterizado porque dichos medios (13₁ a 13_n) de inhibición están adaptados para enviar una señal de inhibición únicamente al bloque cuya diferencia de potencial entre los bornes (7₁ a 7_n) de entrada y un borne de potencial común a todos los dichos bloques (6₁ a 6_n) de conmutación, tal que los bornes (3₁ a 3_n) de neutro de las fuentes (1₁ a 1_n), los bornes (5₁ a 5_n) de salida de las cargas (4₁ a 4_n) o los bornes (9₁ a 9_n) de referencia, es la más grande, estando además las matrices (12₁ a 12_n) de conmutación formadas por componentes (52, 54) electrónicos orientados de manera que dichos bloques (6₁ a 6_n) soportan únicamente una tensión negativa o nula.

20. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está adaptado para estar conectado a tres fuentes (1₁ a 1₃) de tensión alterna de entrada que forman las tres fases de una red de alimentación de energía eléctrica trifásica.

21. Dispositivo según la reivindicación 20, caracterizado porque cada matriz (12₁, 12₂ y 12₃) de cada bloque (6₁, 6₂, 6₃) de conmutación comprende un único condensador (20_j,i,k) y una única celda (22_j,i,k) de conmutación.