ES2212619T3 - Ondulador para alimentar corrientes sinusoidales en una red de corriente alterna. - Google Patents
Ondulador para alimentar corrientes sinusoidales en una red de corriente alterna.Info
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Abstract
Ondulador para alimentar corrientes sinusoidales en una red eléctrica alterna con: a) una unidad de circuitos (1) que genera la parte positiva de la corriente de red; b) la unidad de circuitos presenta un primer interruptor (T1, T3, T5) y un diodo conectado en serie con él (D1, D3, D5) y la toma de corriente se encuentra entre el primer interruptor (T1, T3, T5) y el diodo (D1, D3, D5); c) en la toma de corriente hay un segundo interruptor (S1, S3, S5) que está cerrado mientras se genera la parte positiva de la corriente de red; d) en la toma de corriente está prevista una inductancia de desacoplamiento (L1¿-L6¿).
Description
Ondulador para alimentar corrientes sinusoidales
en una red de corriente alterna.
La invención se refiere a un ondulador para
alimentar corrientes sinusoidales en una red de corriente alterna o
en una red pública de suministro eléctrico. Este tipo de ondulador
se dio a conocer por el documento US-5459655. En
este tipo de onduladores se ponen en marcha casi exclusivamente
interruptores de potencia en la configuración de un puente
trifásico, como se muestra en la fig. 1. Este tipo de ondulador
genera, a partir de una fuente de tensión continua, una corriente
alterna polifásica con las fases U, V y W. A través de la conexión
en antiparalelo de los interruptores de potencia T1 a T6 mostrada
en la fig. 1 con los diodos correspondientes es posible un servicio
de cuatro cuadrantes y de esta forma, una conexión del ondulador de
este tipo puede usarse de forma muy diversa.
Un inconveniente de este tipo de conexión del
ondulador es que, en caso de un cortocircuito en paralelo de dos
interruptores, por ejemplo T1 y T2, aparecen flujos energéticos
extremadamente elevados, lo que provoca por lo general la completa
destrucción del ondulador y posiblemente la declaración de un
incendio y con él la destrucción de todos los elementos conectados
del dispositivo. Otro inconveniente es que, con la elevación de la
tensión continua, los componentes respectivos han de presentar una
calidad cada vez mayor, lo que sólo es posible con componentes muy
caros.
Es objetivo de la presente invención mejorar la
resistencia al cortocircuito de un ondulador y al mismo tiempo
evitar los inconvenientes anteriormente descritos, y especialmente
evitar al máximo la necesidad de componentes individuales caros.
El objetivo se alcanza conforme a la invención
con un ondulador con las características según una de las
reivindicaciones 1 y 2. Algunas variantes ventajosas están
descritas en las reivindicaciones subordinadas.
La invención se basa en el conocimiento de cómo
utilizar una única unidad de circuitos para generar una
semioscilación de una oscilación sinusoidal. Para generar una
semioscilación positiva de una oscilación sinusoidal se utiliza, por
lo tanto, una unidad de circuitos distinta de la utilizada para
generar la parte negativa de la corriente sinusoidal. Esto tiene
como consecuencia que las unidades de circuitos, para generar la
semioscilación positiva así como la semioscilación negativa de la
corriente sinusoidal, están separadas entre sí y únicamente están
interconectadas mediante la toma de corriente común a ellas, donde
la generación de la corriente continua no puede actuar dentro de la
otra parte del circuito, porque cada parte del circuito está
protegida frente a la otra mediante un interruptor de la vía de la
toma de corriente.
Al dividir la corriente de salida sinusoidal del
ondulador en una semioscilación positiva y otra negativa existe la
posibilidad de dividir el suministro de tensión continua en las dos
partes del circuito para la semioscilación positiva y la negativa.
Así se puede poner en funcionamiento la parte del ondulador que
genera la semioscilación positiva con una tensión continua, por
ejemplo U_{d1} = 660 voltios, y la parte del circuito del
ondulador que genera la semioscilación negativa de la corriente
sinusoidal, igualmente con una tensión continua, por ejemplo
U_{d2} = 660 voltios. Como tensión continua global se obtiene
entonces el doble de cada una de las tensiones continuas, o sea
1.320 voltios. De ello resulta una doble potencia de salida de todo
el ondulador al usar los componentes, que sólo está preparada para
una tensión continua de 660 V.
Las inductancias de salida de cada una de las
unidades de circuitos del ondulador admiten igualmente sólo una
tensión continua parcial U_{d1}, por ejemplo durante la parte
positiva de la corriente, y no la tensión continua total U_{d1} +
U_{d2}. Esto permite ahorrar igualmente materiales y costes.
Mediante la generación de una semioscilación de una oscilación
sinusoidal con una única unidad de circuitos, las unidades de
circuitos para diferentes semioscilaciones también se pueden
disponer separadas espacialmente entre sí, lo que, en conjunto,
mejora la seguridad del ondulador y de todas las piezas del
dispositivo de circuitos y simplifica además enormemente la
ubicación espacial. Una ventaja especial del concepto de ondulador
conforme a la invención consiste en que la inductancia de la bobina
de salida y con ello los costes de los componentes necesarios se
pueden reducir a la mitad.
La invención se explica con más detalle a
continuación mediante un ejemplo de realización representado
gráficamente. En el dibujo se representa:
Fig. 1 principio básico de un ondulador
conocido;
Fig. 2 parte del circuito para la semioscilación
positiva de la corriente sinusoidal de salida;
Fig. 3 parte del circuito para la semioscilación
negativa de la corriente sinusoidal de salida;
Fig. 4 diagrama en función del tiempo de la
corriente sinusoidal de salida con los interruptores T1, S1, T2, S2
representados en las figuras 2 y 3;
Fig. 5 esquema de conexiones de un ondulador
trifásico conforme a la invención;
Fig. 6 esquema de conexiones del principio básico
de una interconexión de varias partes del circuito según las figuras
2 y 3 para generar una corriente trifásica;
Fig. 7 esquema de conexiones del ondulador para
una única fase.
La fig. 2 muestra un esquema de conexiones de un
ramal de derivación o de una unidad de circuitos 1 para generar la
parte positiva de la corriente de la red eléctrica alterna o
trifásica a partir de una tensión continua U_{d}. La unidad de
circuitos 1 consta de un transistor de potencia T1 como primer
interruptor, por ejemplo un IGBT (isolated gate bipolar transistor)
o un GTO (gate turn off thyristor) y un diodo D1 que está colocado
en serie con el interruptor de potencia T1 en el enlace de tensión
continua. La toma de corriente para la corriente de salida se
encuentra entre el interruptor de potencia T1 y el diodo D1. En la
toma de corriente hay un segundo interruptor S1 que está conectado
en serie por su parte con una inductancia de salida L1. La fig. 2
muestra en su principio básico un esquema de conexiones de una
unidad de circuitos para generar la parte negativa de la corriente
de red eléctrica alterna o trifásica con el montaje recíproco para
el circuito de la fig. 2.
La fig. 4 muestra el diagrama en función del
tiempo de la corriente sinusoidal de salida con las unidades de
circuitos 1 y 2 representadas en las figs. 2 y 3. Además, está
representado igualmente el transcurso temporal de encendido de los
interruptores de potencia T1 y T2, así como el encendido/apagado de
los interruptores S1 y S2 dispuestos en la toma de corriente.
Durante la semionda positiva de la corriente sinusoidal (fig. 4,
arriba a la izquierda) se enciende y se apaga sólo el interruptor de
potencia T1 con una temporización especificada, mientras en esa
fase está apagado el interruptor de potencia T2. Durante la
generación de la semionda positiva de la corriente sinusoidal, el
interruptor S1 dispuesto en la toma de corriente está encendido
(cerrado), mientras que, en el mismo momento, el otro interruptor
S2 en la toma de corriente para la semionda negativa está apagado
(abierto). Mediante la temporización de los estados de encendido y
apagado del interruptor de potencia T1 y de la influencia del diodo
D1 se genera una corriente sinusoidal "dentada". Durante la
generación de la semionda negativa de la corriente sinusoidal, las
proporciones son exactamente inversas a las de la generación de la
semionda positiva de la corriente sinusoidal. Al generar la semionda
negativa, el interruptor S1 está apagado mientras el interruptor de
potencia T2 se enciende y se apaga con una temporización
especificada y el interruptor S2 está encendido continuamente. En
la zona de los máximos de corriente de una onda sinusoidal, los
interruptores de potencia T1 o T2 está encendidos más tiempo que en
la zona de baja intensidad de corriente, especialmente en la zona de
los puntos de anulación.
Las figs. 5 y 6 muestran la interconexión de
varias unidades de circuitos representadas en las figs. 2 y 3 con un
ondulador conforme a la invención que genera una corriente
trifásica. La diferencia entre los circuitos representados consiste
en que en la figura 6 las partes del circuito para generar la
semioscilación negativa de la corriente de salida están separadas
de las partes del circuito para la semioscilación positiva de la
corriente de salida. A este respecto, una disposición separada
también puede significar que las partes del circuito se encuentran
en espacios diferentes y únicamente están unidas mediante sus tomas
comunes de corriente. Las unidades de circuitos para generar la
semionda positiva se encuentran en los enlaces de tensión continua
+U_{d1} y -U_{d1}. Las partes del circuito para generar la
semionda negativa de la corriente sinusoidal se encuentran en los
enlaces de corriente continua +U_{d2} y -U_{d2}.
La figura 1 muestra el esquema de conexiones de
un ondulador conocido que, mediante la conexión en antiparalelo de
los interruptores de potencia con el diodo, hace posible un
servicio de cuatro cuadrantes y puede tener múltiples usos como
circuito en el caso de un cortocircuito transversal de dos
interruptores, por ejemplo T1 y T2, pero que presenta un riesgo muy
alto de que se produzca un fuerte cortocircuito, que puede provocar
la destrucción total del ondulador y posiblemente de todas las
piezas contiguas del dispositivo. Para generar la semionda positiva
de la corriente de salida, en el ondulador conocido se efectúa un
encendido y un apagado sucesivos del interruptor T1 y T2. Para la
semionda esto significa que, durante la semionda, T1 y T2 se
encienden y se apagan sucesivamente varias veces, lo que
estadísticamente eleva considerablemente la probabilidad de un
cortocircuito frente a la solución conforme a la invención según
las figs. 5 y 6.
La fig. 7 muestra la interconexión de una parte
del circuito para las semioscilaciones positivas de la corriente de
salida con una parte del circuito para las semioscilaciones
negativas de la corriente de salida para una de las tres fases.
Mediante los circuitos separados de inducido, de
ramal de derivación positivo o negativo (véanse figs.
2-7), en la interconexión de cada una de las
unidades de circuitos (véanse figs. 5-7), se evitan
por principio fuertes cortocircuitos. Sin embargo, si se producen
conexiones erróneas de los interruptores de potencia en las
diferentes partes del circuito, éstas no sólo están desacopladas y
protegidas unas frente a otras mediante las inductancias
L1'-L6', L1-L6, sino que también
desaparece de manera decisiva la posibilidad de un cortocircuito,
porque los interruptores S1-S6 dispuestos en la toma
de corriente evitan la reacción de una derivación en las otras,
mediante su conexión y desconexión en marcha opuesta. Con el
concepto de ondulador según las figs. 2-7, se pueden
montar onduladores con una elevada potencia. Las bobinas de
desacoplamiento L1'-L6' entre las tomas de corriente
de dos unidades de circuitos interconectadas se pueden usar al mismo
tiempo como bobinas de alta frecuencia y como filtros para una
reducción dU/dt. De este modo se reduce drásticamente una radiación
perturbadora ya directamente detrás de los interruptores de potencia
T1-T6.
El ondulador anteriormente descrito es
especialmente adecuado para transformadores de energía eólica o para
otra central eléctrica generadora de corriente eléctrica alterna
(por ejemplo, una central solar). En el caso de un transformador de
energía eólica, el generador genera normalmente una corriente
continua o el generador genera una corriente alterna que, sin
embargo, debe ser entonces rectificada para que pueda transformarse
mediante el ondulador ya descrito en una corriente de red/tensión
de red. Para facilitar una forma sinusoidal exacta de la corriente
de salida es beneficioso que la frecuencia de conexión/desconexión
de los interruptores de frecuencia T1 (en la semionda positiva) o
T2 (en la semionda negativa) sea mucho mayor que en la zona de las
corrientes máximas. En la zona de las corrientes máximas, la
frecuencia de conexión/desconexión de los interruptores de
frecuencia T1 o T2 asciende a unos 100 Hz (por ejemplo en la zona
entre 100 y 600 Hz). En la zona de los puntos de anulación, la
frecuencia de conexión/desconexión de los interruptores de
frecuencia asciende a algunos KHz (por ejemplo, entre 5 y 18
KHz).
Claims (8)
1. Ondulador para alimentar corrientes
sinusoidales en una red eléctrica alterna con:
- a)
- una unidad de circuitos (1) que genera la parte positiva de la corriente de red;
- b)
- la unidad de circuitos presenta un primer interruptor (T1, T3, T5) y un diodo conectado en serie con él (D1, D3, D5) y la toma de corriente se encuentra entre el primer interruptor (T1, T3, T5) y el diodo (D1, D3, D5);
- c)
- en la toma de corriente hay un segundo interruptor (S1, S3, S5) que está cerrado mientras se genera la parte positiva de la corriente de red;
- d)
- en la toma de corriente está prevista una inductancia de desacoplamiento (L1'-L6').
2. Ondulador para alimentar corrientes
sinusoidales en una red de corriente alterna con:
- a)
- un dispositivo de circuitos (2) que genera la parte negativa de la corriente de red;
- b)
- la unidad de circuitos presenta un tercer interruptor (T2, T4, T6) y un diodo conectado en serie con él (D2, D4, D6) y la toma de corriente se encuentra entre el interruptor (T2, T4, T6) y el diodo (D2, D4, D6);
- c)
- en la toma de corriente hay un cuarto interruptor (S2, S4, S6) que está cerrado mientras se genera la parte negativa de la corriente de red;
- d)
- en la toma de corriente está prevista una inductancia de desacoplamiento (L1'-L6').
3. Ondulador para alimentar corrientes
sinusoidales en una red de corriente alterna según la reivindicación
1 y 2, en el que ambas unidades de circuitos (1, 2) están conectadas
entre sí en paralelo.
4. Ondulador según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la primera y la segunda
unidad de circuitos según las reivindicaciones 1 y 2 están montadas
en espacios separados.
5. Ondulador según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque para generar una
semioscilación de una oscilación sinusoidal sólo se enciende y se
apaga repetidas veces en cada caso el primer o el segundo
interruptor (T1, T2) de una unidad de circuitos (1, 2).
6. Ondulador según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el segundo (o el cuarto)
interruptor de la toma de corriente sólo está abierto cuando el
cuarto (o el segundo) interruptor de la vía de la toma de corriente
está cerrado.
7. Ondulador según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque varias primeras y segundas
unidades de circuitos según las reivindicaciones 1 y 2 están unidas
entre sí mediante su toma de corriente para facilitar la corriente
de una única fase (U, V, W) de una red de corriente trifásica.
8. Transformador de energía eólica u otra central
eléctrica generadora de corriente eléctrica continua con un
ondulador según una de las reivindicaciones anteriores.
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