Sistema de alimentación para una carga inductiva desde una fuente de energía con potencia variable.

Sistema de alimentación para una carga inductiva desde una fuente de energía con potencia variable,

a partir de la conversión en pulsos de energía constante y distanciados en función de la potencia útil suministrada por la fuente (2) de energía y sin el uso de baterías, caracterizado porque la conversión se implementa mediante un circuito (10) puente, controlado por un microcontrolador (20) digital en función de variables del sistema, y la alimentación de la carga inductiva se implementa mediante un circuito resonante en serie RCL, en el que el componente inductivo es la propia carga inductiva (P5) .

Campo de la invención La presente invención se refiere a un sistema para alimentar una carga inductiva partiendo de una fuente de energía cuya potencia útil varía en función del tiempo.

En una forma de implementación preferida, la presente invención se refiere a una bomba vibratoria con alimentación de potencia eléctrica de corriente continua, generada por un banco de células solares o un generador eólico. Más particularmente, se describe un sistema de alimentación para una bomba vibratoria partiendo de energía solar o eólica, que procesa la energía eléctrica de corriente continua suministrada por el banco de células solares o el generador eólico, de forma compatible, usando un circuito electrónico controlado por un microcontrolador digital, para el control y la activación de la bomba vibratoria, independientemente de las variaciones de potencia eléctrica suministrada por la fuente, debido a las alteraciones en el nivel de radiación solar o debido a las variaciones en la velocidad del viento.

Se conoce que los sistemas que usan bombas activadas desde un motor de corriente continua tienen la necesidad de generar una potencia mínima para su funcionamiento. En particular, cuanto más grande es la presión hidráulica del sistema, mayor es la necesidad de energía para que el motor alcance un giro mínimo. En una aplicación normal, las fluctuaciones de energía, en función de las variables naturales de la radiación solar o la velocidad del viento, hacen que el sistema sufra paradas continuas (periodos de bajo nivel de radiación solar o de viento) . Para eliminar o reducir tales efectos, habitualmente emplean grandes cantidades de células solares o una mayor potencia de generación eólica, lo que aumenta el coste de implantación de los sistemas. Otra solución para superar tal inconveniente es el uso de bancos de baterías complementarias que almacenan energía durante los periodos de baja energía y la transfieren a la bomba para que pueda alcanzar un nivel suficiente de energía para la salida. Sin embargo, el coste que implica esta solución la hace completamente inviable.

También se conocen sistemas de accionamiento de bombas electromecánicas. Procesan la potencia eléctrica suministrada sólo por las células solares y convierten la energía en pulsos variables y distanciados en función del nivel de radiación solar. Estos sistemas funcionan de forma analógica, en los que las señales de circuito se tratan de forma directa, sin permitir tener en cuenta las variables a las que se somete el sistema, sin alteraciones en el proyecto electrónico; esto conlleva un aumento en los costes del circuito, limita la potencia de entrada del sistema, no permite el uso de bombas de mayor rendimiento y no permite su uso en generadores eólicos, debido a la alta potencia suministrada por estos equipos. El uso de esta técnica lleva a una reducción en el rendimiento del sistema, aumentando el coste de potencia instalada de las células solares por litro bombeado. Además de esto, los medios de protección para el circuito son onerosos e ineficientes, funcionando sólo con sistemas independientes. Un ejemplo de un sistema de este tipo es el descrito en la patente PI 8204205, presentada el 16 de julio de 1982.

La solicitud de patente estadounidense número US 20080055951 describe un circuito y un método para convertir una tensión de CC no constante en una tensión de CA. La disposición del circuito tiene un inductor de entrada y un puente en H que tienen una respectiva primera y segunda válvula de corriente, preferiblemente un RB-IGBT, para cada rama, teniendo cada válvula de corriente un sentido directo y un sentido inverso conmutable. Un condensador también está conectado entre las dos ramas de la conexión de tensión de CA del puente en H. Tal como puede observarse, este circuito de conversión no se basa en un circuito RCL.

Además, el documento WO 9321684 describe un circuito para controlar una bomba de vibración en el que una bomba de vibración se suministra con medios de tensión y se controla mediante una tensión de CC a través de un oscilador y un circuito de potencia que funciona con un transistor de potencia, tal como un HEX-FET. Aunque este circuito pretenda controlar una bomba vibratoria, está previsto para funcionar sólo con un suministro de potencia constante.

Sumario de la invención Por tanto, constituye un primer objetivo de la presente invención, suministrar un sistema de alimentación para una carga inductiva desde una fuente de energía con una potencia útil variable, que pueda controlar la potencia suministrada para la carga inductiva, así como adaptarla a las necesidades de la carga inductiva.

Además, constituye otro objetivo de la presente invención suministrar un sistema de alimentación para una bomba vibratoria, desde un banco de células solares o un generador eólico, que pueda solucionar los problemas técnicos.

En particular, la presente invención comprende un sistema de alimentación para una carga inductiva, desde una fuente de energía con potencia variable, a partir de la conversión en pulsos de energía constante y distanciados en función de la potencia útil suministrada por la fuente (2) de energía y sin el uso de baterías. La conversión se realiza

mediante un circuito puente, controlado por un microcontrolador digital en función de variables del sistema. Además, la alimentación de la carga inductiva se realiza mediante un circuito resonante en serie RCL, en el que el componente inductivo es la propia carga inductiva. La interconexión entre la fuente de energía y la carga inductiva se implementa mediante un módulo de accionamiento, que comprende: un banco de condensadores, alimentado por la fuente de energía; un circuito puente entre dicho banco de condensadores y un conmutador; un microcontrolador digital, previsto para controlar el circuito puente, que se basa en las variables del sistema; y un circuito resonante RCL en serie, que comprende una resistencia, un condensador y dicha carga inductiva, previsto para alimentar la propia carga inductiva.

Dicho de otro modo, el sistema consiste en transformar la potencia eléctrica de la corriente continua generada por la fuente, en corriente alterna con la mayor eficiencia posible, a partir de la conversión en pulsos de energía constante y distanciados en función de la potencia útil suministrada por la fuente de energía y sin el uso de baterías, permitiendo un mantenimiento reducido y con la posibilidad de usar una mayor potencia de generación eléctrica, con la consiguiente mejora en el rendimiento de la carga inductiva. Debido a la aplicación de un microcontrolador digital al circuito electrónico, la solución técnica permite diversos ajustes de configuración sin alteración del proyecto electrónico, porque mejora los parámetros de funcionamiento en función de las variables del sistema (tiempo de carga de condensador, nivel de tensión de fuente y corriente en la carga inductiva) . El microcontrolador digital también proporciona protección al sistema en forma dependiente con la introducción de un conmutador de tipo “mosfet” (transistor de efecto de campo) , de baja pérdida de energía que interrumpe totalmente la energía para el “SCR” (conmutador de estado sólido) .

Descripción de las ilustraciones El objetivo de la presente invención se comprenderá mejor a partir de la siguiente descripción detallada en un modo de implementación preferida, que ilustra el empleo del sistema de la invención en la activación de una bomba vibratoria partiendo de un banco de células solares, que se realiza basándose en las ilustraciones adjuntas, en las que:

-la figura 1 ilustra un diagrama de bloques del sistema de accionamiento de la presente invención, destacando el módulo de accionamiento de la bomba vibratoria;

-las figuras 2A y 2B ilustran el circuito correspondiente al módulo de accionamiento, según la figura 1; y

-las figuras 3A a 3F ilustran el diagrama de flujo del software de control del módulo de accionamiento, según la figura 1.

Descripción de la realización preferida De forma breve, el concepto de la presente invención se basa en la transformación de potencia eléctrica de corriente continua generada por la fuente de energía, en pulsos, mediante una técnica digital, que da como resultado un mayor control, con un mantenimiento por consiguiente reducido y una mayor eficiencia del sistema. La conversión de potencia eléctrica de la corriente continua suministrada por la fuente se implementa mediante un circuito resonante RCL en serie, que está formado por un condensador (P6) asociado a la bobina de carga inductiva (P5) .

Para comprender mejor los conceptos que rigen la presente invención, a continuación... [Seguir leyendo]

1. Sistema de alimentación para una carga inductiva desde una fuente de energía con potencia variable, a partir de la conversión en pulsos de energía constante y distanciados en función de la potencia útil

suministrada por la fuente (2) de energía y sin el uso de baterías, caracterizado porque la conversión se implementa mediante un circuito (10) puente, controlado por un microcontrolador (20) digital en función de variables del sistema, y la alimentación de la carga inductiva se implementa mediante un circuito resonante en serie RCL, en el que el componente inductivo es la propia carga inductiva (P5) .

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque la interconexión entre la fuente (2) de energía y la carga inductiva (P5) se implementa mediante un módulo (1) de accionamiento, que comprende:

-un banco (11) de condensadores, alimentado por la fuente (2) de energía;

-un circuito (10) puente dispuesto entre el banco (11) de condensadores y un conmutador (12) ;

-un microcontrolador (20) digital, previsto para controlar el circuito (10) puente, que se basa en las variables del sistema; y

-un circuito resonante RCL en serie, que comprende una resistencia, un condensador (P6) y dicha carga inductiva (P5) , previsto para alimentar la propia carga inductiva (P5)

3. Sistema según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque dichas variables del sistema comprenden: la tensión suministrada por la fuente (2) de energía, medida mediante el sensor (14) de tensión; la corriente en la carga inductiva (P5) medida mediante el sensor (16) de corriente; y el tiempo de carga del condensador (P6) .

4. Sistema según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el microcontrolador (20) actúa sobre el circuito (10) puente mediante accionadores (15) , y actúa en la temporización (12) del conmutador.

5. Sistema según las reivindicaciones 2 ó 4, caracterizado porque el microcontrolador (20) digital también proporciona protección al sistema, de forma dependiente, partiendo de un conmutador de tipo mosfet (poMFET) de baja pérdida de energía, que se coloca entre dicho microcontrolador (20) digital y el conmutador (12) , para interrumpir totalmente la energía para los SCR del conmutador (12) .

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la fuente (2) de energía comprende una o más células solares.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la fuente (2) de energía comprende uno o más generadores eólicos.

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la carga inductiva (P5) comprende una o más bombas vibratorias.

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la fuente (2) de energía comprende la generación de electricidad por inducción magnética.

10. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la fuente (2) de energía comprende la generación de electricidad producida por acción química.

11. Sistema de alimentación para una bomba vibratoria desde células solares, a partir de la conversión en pulsos de energía constante y distanciados en función de la potencia útil suministrada por las células (2) solares y sin el uso de baterías, caracterizado porque la conversión se implementa mediante un circuito (10) puente, controlado por un microcontrolador (20) digital en función de variables del sistema, que son la

tensión suministrada por las células (2) solares, medida mediante el sensor (14) de tensión; la corriente en la bomba vibratoria (P5) medida mediante el sensor (16) de corriente; y el tiempo de la carga de condensador (P6) , y la alimentación de la bomba vibratoria (P5) se implementa mediante un circuito resonante en serie RCL, en el que el componente inductivo es la propia (P5) , y la interconexión entre las células (2) solares y la bomba vibratoria (P5) se implementa mediante un módulo (1) de accionamiento, que comprende:

-un banco (11) de condensadores, alimentado por las células (2) solares;

-un circuito (10) puente dispuesto entre el banco (11) de condensadores y un conmutador (12) ;

-un microcontrolador (20) digital, para controlar el circuito (10) puente, que se basa en dichas variables del sistema; y

-un circuito resonante RCL en serie, que comprende una resistencia, un condensador (P6) y dicha bomba vibratoria (P5) como componente inductivo previsto para alimentar la propia bomba vibratoria (P5) .

12. Sistema según la reivindicación 11, caracterizado porque el microcontrolador (20) actúa sobre el circuito (10) puente mediante accionadores (15) , y actúa en la temporización (12) del conmutador.

13. Sistema según la reivindicación 11, caracterizado porque el microcontrolador (20) digital también proporciona protección al sistema, en forma dependiente, a partir de un conmutador de tipo mosfet (poMFET) de baja pérdida de energía, que está dispuesto entre el microcontrolador (20) digital y el conmutador (12) , para interrumpir totalmente la energía de los SCR del conmutador (12) .