ES2257211B1 - Dispositivo con inversor y rectificador y metodo para medir su tension de alimentacion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo con inversor y rectificador y método para medir su tensión de alimentación. Con el fin de medir la tensión de alimentación de un dispositivo (1) con inversor (2) y rectificador (3), utilizado por ejemplo en placas de inducción, sin el impacto negativo de condensadores cargados (5) entre el rectificador (3) y el inversor (2), se ha propuesto medir la tensión de alimentación antes de la rectificación. Para ello, se coloca antes del rectificador un medio electrónico (7) que define cierto potencial con respecto al lado rectificado del rectificador (3). Preferentemente, se utilizan dos diodos (71, 72) como dicho medio electrónico (7).
Description
Dispositivo con inversor y rectificador y método
para medir su tensión de alimentación.
La invención se refiere a un dispositivo
compuesto por un inversor con rectificador, en concreto para una
placa de inducción, así como a un método para medir la tensión de
alimentación de dicho dispositivo.
En las placas de inducción, la medición de la
tensión de alimentación es importante para conseguir la potencia
requerida, independientemente de las distintas fuentes de
alimentación suministradas en lugares diferentes, en los que puede
instalarse la placa de inducción. La medición de la tensión de
alimentación también es importante para sincronizar la conmutación
de relés, etc.
Una primera posibilidad para medir dicha tensión
de alimentación se basa en utilizar un transformador de tensión, el
cual reduce la tensión de entrada y aísla el circuito de medición,
del circuito de potencia, es decir, el enchufe, de la placa. La
tensión de alimentación se traduce a una señal proporcional referida
a cualquier punto de la parte de control del circuito, para poder
medirla con facilidad. Un inconveniente importante es que se
necesitan componentes magnéticos especiales para el transformador
de tensión, lo que supone costes elevados para su adquisición.
Otra posibilidad de medir la tensión de
alimentación se basa en colocar el sistema de circuitos de medición
en la parte de potencia de la placa de inducción, pero presenta el
inconveniente de que el sistema de circuitos de medición necesita
algún tipo de fuente de alimentación, lo cual hace que el sistema
de circuitos sea más complejo y caro.
En la patente US 4.320.273 se describe un
aparato para calentar un utensilio de cocina eléctricamente
conductor mediante inducción magnética. Este aparato de
calentamiento por inducción comprende un convertidor de potencia
estático para generar potencia de alta frecuencia a partir de
potencia de baja frecuencia, y una unidad de calentamiento para
generar un campo magnético variable con el tiempo en respuesta a la
potencia de alta frecuencia. La tensión suministrada al convertidor
de potencia estático se mide después de un elemento rectificador
que rectifica la tensión suministrada por una fuente de
alimentación de C.A.
Además, en el dispositivo para controlar la
corriente en un serpentín de calentamiento por inducción de acuerdo
con la patente US 5.434.389, así como en el dispositivo para
generar calor de manera inductiva o capacitiva descrito en la
patente DE 195 27 827 A1, la tensión de alimentación se mide con
anterioridad al serpentín de calentamiento por inducción
respectivamente después de la rectificación.
Si se aprovecha el elemento rectificador, por
ejemplo, el rectificador puente de los inversores utilizados
especialmente para placas de inducción y otras muchas aplicaciones,
la tensión de alimentación puede medirse después del rectificador
puente, haciendo uso de una fuente de alimentación para otros
componentes, como por ejemplo los excitadores del inversor. La
tensión medida es entonces la fuente de alimentación
rectificada.
En el lado rectificado del rectificador puente
hay condensadores que se mantendrán cargados si el inversor no
suministra suficiente potencia. En este caso, la tensión medida no
es exacta y no puede utilizarse para la sincronización de, por
ejemplo, la conmutación de relés, pero sí para la detección de
sobretensión, aunque con menor precisión. Por el contrario, la
detección de sobretensión no podrá realizarse en el caso de que
exista un relé y este se encuentre abierto, lo que supone un
inconveniente, ya que la mayor utilidad de detectar la sobretensión
aparece cuando se puede detectar con el relé abierto, puesto que si
se detecta dicha situación, no se cerrará el relé y los
dispositivos electrónicos situados a partir del relé no sufrirán
dicha sobretensión. Además, si existe un relé de entrada en el lado
sin rectificar del rectificador puente, la tensión puede medirse
sólo si el relé de entrada está cerrado. De no ser así, no habrá
tensión después del rectificador puente.
Por tanto, es un objetivo de la presente
invención ofrecer una posibilidad de medir de manera fiable la
tensión de alimentación en un dispositivo formado por un inversor
con rectificador, especialmente para su uso en una placa de
inducción.
Dicho objetivo se consigue mediante un
dispositivo que comprende un inversor con rectificador,
particularmente para una placa de inducción, y que comprende además
un medio electrónico situado antes del rectificador y que define
cierto potencial con respecto al lado rectificado del
rectificador.
Este objetivo se consigue además mediante un
método de medición de la tensión de alimentación de un dispositivo
con rectificador e inversor, particularmente para una placa de
inducción, en el que un medio electrónico que define cierto
potencial se añade al dispositivo antes del rectificador y la
tensión de alimentación se mide antes de la rectificación entre el
medio electrónico y el lado rectificado del rectificador.
Debido a la posibilidad de medir la tensión de
alimentación antes del rectificador, la tensión medida se hace
independiente de los efectos capacitivos existentes entre el
rectificador y el inversor, especialmente del hecho de que el
condensador resultante esté cargado, distorsionando entonces la
señal de manera que no sea utilizable, en particular para la
sincronización, o de que el condensador resultante esté descargado,
permitiendo entonces una señal utilizable. Por consiguiente, el
dispositivo de acuerdo con la invención permite la medida de la
tensión de alimentación con resultados muy fiables.
Otra ventaja de la presente invención es que los
dispositivos actuales con inversor y rectificador, especialmente
para placas de inducción, sólo tienen que ser modificados
mínimamente, añadiendo un medio electrónico antes del rectificador,
para tener un punto de referencia que permita medir la tensión
entre dicho punto de referencia y el lado rectificado del
rectificador.
En realizaciones preferidas, el lado rectificado
del rectificador entre el rectificador y el inversor está conectado
a masa, midiendo así la tensión de alimentación entre el punto de
referencia proporcionado por el medio electrónico añadido y la masa.
Esto permite tensiones más estables en el dispositivo de acuerdo
con la invención.
Preferentemente, el medio electrónico está
dimensionado de modo que la diferencia de potencial entre el punto
de referencia proporcionado por el medio electrónico y un punto del
lado rectificado - midiéndose la tensión entre estos dos puntos -
es igual a la diferencia de potencial "en valor absoluto" en la
entrada de la placa de inducción. Esto tiene la ventaja de que los
dispositivos actuales, utilizados, por ejemplo, en placas de
inducción u otros aparatos, pueden mejorarse hasta ser dispositivos
de acuerdo con la invención sin tener que cambiar mucho los
sistemas de control de las placas de inducción u otros, utilizando
la tensión de alimentación medida para la sincronización y evitando
que las altas tensiones dañen los aparatos en los que se utilice el
dispositivo.
La invención ha demostrado funcionar
particularmente bien en dispositivos en los que el rectificador es
un rectificador puente. Además, resulta ventajoso proporcionar al
dispositivo una fuente de alimentación para los excitadores del
inversor u otros. Esta fuente de alimentación puede usarse para la
electrónica de medición con el fin de medir la tensión de
alimentación.
Las realizaciones preferidas de la presente
invención disponen de un conmutador antes del rectificador para
conectar o desconectar la fuente de alimentación general.
Ventajosamente, el conmutador es un relé. La conmutación por relé
puede realizarse, por ejemplo, cuando la tensión de alimentación es
cero con el fin de disminuir las corrientes de carga de los
condensadores entre el rectificador y el inversor. El dispositivo,
es decir, el método de acuerdo con la invención, presenta la
ventaja de que, aun cuando el conmutador esté abierto, la tensión
de alimentación puede medirse, al menos, parcialmente. Esto no es
posible en dispositivos de acuerdo con el estado de la técnica,
donde la tensión de alimentación no puede medirse en absoluto si el
conmutador está abierto. Esta característica es particularmente
importante ya que permite detectar un cambio repentino,
especialmente un incremento de la tensión de alimentación, antes de
que el dispositivo, o respectivamente la placa de inducción o el
aparato provisto de dicho dispositivo, estén conectados. Al diseñar
el sistema de control de manera que no permita la conexión en tal
caso y/o una desconexión inmediata si el aparato, por ejemplo, la
placa de inducción, ya estuviera conectado, los componentes
electrónicos están protegidos eficazmente contra daños por una
fuente de alimentación inadecuada.
En realizaciones preferidas, el medio
electrónico que proporciona el punto de referencia para la medición
de la tensión es un rectificador. Esto ofrece la ventaja de que la
tensión de alimentación rectificada se mide igual que en los
dispositivos convencionales, pero sin la influencia negativa de los
efectos capacitivos entre el rectificador principal y el inversor.
Los dispositivos provistos de un rectificador adicional como medio
electrónico añadido para proporcionar un punto de referencia para
la medición de la tensión antes del rectificador principal pueden
incorporarse fácilmente en las placas de inducción u otros aparatos
que empleen dispositivos con inversor y rectificador y que necesiten
una señal de tensión de alimentación rectificada para la
sincronización y/o protección de sus componentes contra tensiones
demasiado altas sin necesidad de tener que adaptar mucho el sistema
de control que procesa la señal de la tensión de alimentación
rectificada. Particularmente se prefieren rectificadores
adicionales compuestos de dos diodos conectados en serie y con
polarización opuesta.
A continuación se ofrece una descripción
detallada de la invención. Dicha descripción se realiza mediante un
ejemplo sin carácter restrictivo para ser leído con referencia a
los dibujos anexos en los que:
la figura 1 muestra el esquema de un circuito de
un dispositivo de acuerdo con la técnica anterior;
la figura 2a Muestra la tensión de entrada y la
tensión de alimentación medida del dispositivo de la figura 1,
cuando el relé de entrada está abierto;
la figura 2b muestra la tensión de entrada y la
tensión de alimentación medida del dispositivo de la figura 1,
cuando el relé de entrada está cerrado y el condensador está
cargado;
la figura 2c muestra la tensión de entrada y la
tensión de alimentación medida del dispositivo de la figura 1,
cuando el relé de entrada está cerrado y el condensador está
descargado;
la figura 3 muestra el esquema de un circuito de
un dispositivo de acuerdo con la presente invención, donde la
tensión de alimentación se mide antes de la rectificación;
la figura 4a muestra la tensión de entrada y la
tensión de alimentación medida del dispositivo de la figura 3,
cuando el relé de entrada está abierto;
la figura 4b muestra la tensión de entrada y la
tensión de alimentación medida del dispositivo de la figura 3,
cuando el relé de entrada está cerrado.
Como se puede ver en la figura 1, un dispositivo
1' con rectificador e inversor de acuerdo con la técnica anterior,
especialmente para placas de inducción, comprende un inversor 2',
un rectificador 3', por ejemplo un rectificador puente, de la
tensión V1 suministrada por una fuente de alimentación de C.A., un
conmutador 4', más concretamente un relé, dispuesto entre la fuente
de alimentación de C.A. que entrega V1 y el rectificador 3', un
condensador 5' dispuesto entre el rectificador 3' y el inversor 2',
y una fuente de alimentación 6' de otros componentes, como por
ejemplo los excitadores del inversor 2', que suministra una tensión
V4.
Para realizar la medición de la tensión de
alimentación del dispositivo 1' de acuerdo con la técnica anterior,
es posible aprovechar el rectificador 3' usado en las placas de
inducción y otras muchas aplicaciones, y medir la tensión V2
después del mismo, que es igual a la diferencia de potencial entre
las salidas positiva 31' y negativa 32' del rectificador 3'. La
tensión medida V2 es entonces la fuente de alimentación
rectificada.
Puesto que en el lado rectificado del
rectificador 3' está el condensador 5' que se mantendrá cargado si
el inversor 2' no suministra suficiente potencia, la tensión V2
medida en dicho caso no será exacta y no podrá utilizarse para la
sincronización de, por ejemplo, la conmutación de relés o para la
detección de sobretensión. Además, la presencia del conmutador 4'
en el lado sin rectificar del rectificador 3', provoca que la
tensión únicamente pueda medirse si el conmutador 4' de entrada
está cerrado, ya que, de no ser así, no habrá tensión después del
rectificador 3'.
En las figuras 2a, 2b y 2c se muestran
diferentes gráficos de tensión en función del tiempo en diferentes
puntos del dispositivo 1' y para diferentes estados del conmutador
4' y del condensador 5'.
Así, en la figura 2a se muestra la tensión de
entrada V1 y la tensión de alimentación V2 medida del dispositivo
1' de la figura 1, cuando el conmutador 4' está en un estado
abierto. Es evidente en este caso que V2 es cero durante todo el
intervalo de tiempo (no hay tensión en el lado rectificado del
rectificador 3') en el que el conmutador 4' se encuentra abierto,
y, por lo tanto, no es posible la medida de V1 usando V2.
En la figura 2b se muestra la tensión de entrada
V1 y la tensión de alimentación V2 medida del dispositivo 1' de
acuerdo con la técnica anterior, cuando el conmutador 4' está
cerrado y el condensador 5' está cargado. En este caso, el
condensador 5' se carga a la tensión máxima, y se descarga cuando la
tensión de alimentación V1 es inferior a un valor predeterminado,
de modo que, cuando el inversor 2' no suministra suficiente
potencia, la tensión V2 medida en dicho caso no es exacta. Queda
claro que cuando el condensador está cargado, no es posible la
medida de V1 usando V2.
En la figura 2c se muestra la tensión de entrada
V1 y la tensión de alimentación V2 medida del dispositivo 1' cuando
el conmutador 4' está cerrado y el condensador 5' está descargado.
En este caso, queda claro que es posible obtener la tensión de
entrada V1 usando la tensión de alimentación V2 medida,
representada en forma de onda completa rectificada.
A continuación se realizará la descripción de
una realización preferida del dispositivo de acuerdo con la
invención, para ser usado, por ejemplo, en una placa de
inducción.
Como se puede ver en la figura. 3, dicho
dispositivo 1 comprende un inversor 2, un rectificador 3, por
ejemplo un rectificador puente, de la tensión V1 suministrada por
la fuente de alimentación de C.A., cuyo lado rectificado está
conectado a masa, un conmutador 4, más concretamente un reté,
dispuesto en el lado sin rectificar del rectificador 3, un
condensador 5 dispuesto entre el rectificador 3 y el inversor 2,
una fuente de alimentación 6 para otros componentes, como por
ejemplo, los excitadores del inversor 2, que suministra una tensión
V4., y un medio electrónico 7, dispuesto antes del conmutador 4, en
el lado sin rectificar del rectificador 3, que define un potencial
73 con respecto al lado rectificado del rectificador 3, que permite
medir la tensión entre dicho punto de referencia 73 y el lado
rectificado del rectificador 3. La fuente de alimentación 6 es
utilizada también para la electrónica de medición, con el fin de
medir la tensión de alimentación V3.
En la presente realización preferida de la
invención, el lado rectificado del rectificador 3, entre el
rectificador y el inversor 2, está conectado a masa, por lo que la
medida de la tensión de alimentación V3 se realiza entre el punto de
referencia 73 proporcionado por el medio electrónico 7 y la masa.
Dicha característica permite tensiones más estables en el
dispositivo 1.
Además, en la presente realización, el medio
electrónico es un rectificador 7 formado por dos diodos 71, 72 de
polarización opuesta y dispuestos en serie. La presencia del medio
electrónico 7, más concretamente los diodos 71 y 72, permite
realizar la medida de la tensión de alimentación V3 antes del
rectificador 3, consiguiéndose que la tensión medida V3 se haga
independiente de los efectos capacitivos 5 existentes entre el
rectificador 3 y el inversor 2, sobretodo cuando el condensador 5
resultante se encuentra cargado y distorsiona la señal medida de
manera que no sea utilizable. De este modo se consiguen medidas de
la tensión de alimentación muy fiables.
Por otro lado, el medio electrónico 7 está
dimensionado de manera que la diferencia de potencial entre el
punto de referencia 73 proporcionado por el medio electrónico 7, y
un punto del lado rectificado del rectificador 3 es igual a la
diferencia de potencial V2 entre las salidas positiva 31 y negativa
32 del rectificador 3. Dicha característica permite que los
dispositivos 1' de acuerdo con la técnica anterior, utilizados, por
ejemplo, en placas de inducción u otros aparatos, puedan mejorarse
hasta ser dispositivos 1 de acuerdo con la invención, sin tener que
cambiar excesivamente los sistemas de control de las placas de
inducción u otros aparatos, utilizando la tensión de alimentación V3
medida para la sincronización y evitando que las altas tensiones
dañen los aparatos en los que se utiliza el dispositivo.
La presencia del conmutador 4, más concretamente
un relé, permite conectar o desconectar la fuente de alimentación
de C.A. La conmutación por relé puede realizarse, por ejemplo,
cuando la tensión de alimentación V1 es cero, con la intención de
disminuir las corrientes de carga del condensador 5 entre el
rectificador 3 y el inversor 2. Con ello, el dispositivo 1 de la
invención presenta la ventaja de que puede medirse, al menos
parcialmente, la tensión de alimentación V3, aunque el conmutador 4
esté abierto. Dicha característica permite detectar un cambio
repentino, especialmente un incremento de la tensión de
alimentación, antes de que el dispositivo 1, o respectivamente la
placa de inducción o el aparato provisto del dispositivo, estén
conectados. El diseño del sistema de control de manera que no
permita la conexión en tal caso y/o una desconexión inmediata si el
aparato, por ejemplo, la placa de inducción, ya estuviera
conectado, permite que los componentes electrónicos estén
protegidos eficazmente contra daños por una fuente de alimentación
inadecuada.
Las figuras 4a y 4b muestran diferentes gráficos
de tensión en función del tiempo en diferentes puntos del
dispositivo 1, para diferentes estados del conmutador 4. La medida
de V1 usando V3 es independiente del estado del condensador 5
(cargado/descargado).
Así, la figura 4a muestra la tensión de entrada
V1 y la tensión de alimentación V3 medida del dispositivo 1 de
acuerdo con la invención, cuando el conmutador 4, por ejemplo, un
relé, está abierto.
En este caso, cuando la tensión de entrada V1 es
positiva, el diodo 72 deja pasar corriente, al contrario de lo que
hace el diodo 71, con lo que el potencial a ambos lados del diodo
72 es el mismo, es decir, el potencial en el punto 73 es igual al
potencial al otro lado del diodo 72. La diferencia de potencial V3
es, por tanto, igual a la tensión de alimentación aplicada V1.
Cuando la tensión de entrada V1 es negativa, el
diodo 72 no deja pasar corriente al estar polarizado al revés, con
lo que el potencial en el punto 73 es nulo. La diferencia de
potencial V3, que es igual a la diferencia de potencial entre el
punto 73 y masa es nula.
La figura 4b muestra la tensión de entrada V1 y
la tensión de alimentación V3 medida del dispositivo 1, cuando el
relé 4 está cerrado.
En este caso, cuando la tensión de entrada V1
aplicada es positiva, el diodo 72 del rectificador 7 está en
conducción, mientras que el diodo 71 del propio rectificador 7 se
encuentra abierto, con lo que el potencial a ambos lados del diodo
72 es el mismo, es decir, el potencial en el punto 73 es igual al
potencial al otro lado del diodo 72. La diferencia de potencial V3,
definida como la diferencia de potencial entre el punto de
referencia 73 y masa, coincide con la tensión de entrada V1.
Cuando la tensión de entrada V1 es negativa, el
diodo 72 no deja pasar corriente al estar polarizado al revés,
mientras que el diodo 71 sí está en conducción, con lo que el
potencial a ambos lados del diodo 71 es el mismo, es decir, el
potencial en el punto 73 es igual al potencial al otro lado del
diodo 71. La diferencia de potencial V3 es igual y de signo
contrario a la tensión de entrada V1.
Queda claro con las figuras 4a y 4b que la
medición de V1 usando V3 es independiente del estado del
condensador 5. Además, se puede ver también que V3 es la tensión
rectificada de V1 cuando el conmutador 4 está cerrado, y que es
sólo media onda cuando está abierto. En esta situación, se puede
realizar la medición y la sincronización si se detecta.
Por lo tanto, el dispositivo 1 de acuerdo con la
invención presenta una serie de ventajas con respecto a la técnica
anterior. Primeramente, añadiendo únicamente dos diodos al
dispositivo, se puede medir la tensión de alimentación rectificada
del inversor 2, sin utilizar una fuente de tensión adicional para
la electrónica de medición. En segundo lugar, se puede medir la
tensión de alimentación de la placa de inducción antes de abrir el
conmutador 4, con lo que se consigue proteger los componentes
dispuestos después de dicho conmutador 4. Además, es importante
destacar que la medición de la tensión de alimentación no depende
del estado del condensador 5 situado en el lado rectificado del
rectificador 3. Por otro lado, la medición en este lugar permite
también la sincronización de las partes de control y los
conmutadores.
A partir de lo descrito, es posible utilizar un
método de medición de la tensión de alimentación V3 del dispositivo
1 con rectificador 3 e inversor 2, más concretamente para una placa
de inducción, en el que el medio electrónico 7 que define el
potencial 73 se añade al dispositivo 1 antes del rectificador 3 y la
tensión de alimentación V3 se mide antes de la rectificación, entre
el medio electrónico 7 y el lado rectificado del rectificador 3. La
medición de la tensión de alimentación se realiza con respecto a
masa, puesto que el lado rectificado del rectificador 3 está
conectado a masa.
A pesar de que se han descrito y representado
realizaciones concretas de la presente invención, es evidente que
el experto en la materia podrá introducir variantes y
modificaciones, o sustituir los detalles por otros técnicamente
equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por
las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
1. Dispositivo que comprende un inversor (2) con
rectificador (3), particularmente para una placa de inducción, que
comprende además un medio electrónico (7) situado antes del
rectificador (3) y que define cierto potencial con respecto al lado
rectificado del rectificador (3).
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, en el que el lado rectificado del rectificador (3) está
conectado a masa.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1 ó 2, en el que dicho rectificador (3) es un rectificador
puente.
4. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, que comprende además un conmutador (4)
entre dicho medio electrónico (7) y dicho rectificador (3).
5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
4, en el que dicho conmutador (4) es un relé.
6. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho medio
electrónico (7) es un rectificador.
electrónico (7) es un rectificador.
7. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que dicho medio electrónico (7)
comprende dos diodos (71, 72) de polarización opuesta y en
serie.
8. Dispositivo de acuerdo con las
reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho medio electrónico (7) está
dimensionado de manera que dicho cierto potencial es igual al
potencial entre la entrada positiva (31) y negativa (32) de dicho
inversor (3).
9. Método de medición de la tensión de
alimentación de un dispositivo con rectificador e inversor,
particularmente para una placa de inducción, en el que un medio
electrónico que define cierto potencial se añade al dispositivo
antes del rectificador y la tensión de alimentación se mide antes
de la rectificación entre el medio electrónico y el lado rectificado
del rectificador.
10. Método de acuerdo con la reivindicación 9,
en el que la tensión de alimentación se mide con respecto a la
masa.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20060716 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2257211B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20181008 |