ES2273399T3 - Sistema de distribucion de energia electrica. - Google Patents
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Abstract
SE EXPONE UN SISTEMA DE DISTRIBUCION DE ENERGIA QUE PROPORCIONA ENERGIA ELECTRICA A UN MEDIO ELECTRICO (5) Y UN MEDIO DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (4). A TAL FIN, COMPRENDE UN MEDIO DE RECTIFICADOR (1) CONECTADO A LA RED GENERAL DE CORRIENTE ALTERNA PARA PROPORCIONAR UN VOLTAJE SINUSOIDAL RECTIFICADO POR MEDIO DE CABLES ELECTRICOS (2) CONECTADOS A UN MEDIO DE CARGA (3), QUE PROPORCIONA UN VOLTAJE DE CC AL MEDIO DE ALMACENAMIENTO DE ENERGIA (4). ADICIONALMENTE, EL MEDIO ELECTRICO (5) ESTA CONECTADO A LOS CABLES DE ENERGIA (2) Y QUE COMPRENDE UNA SERIE DE MEDIOS DE CONVERTIDORES (61,..., 6I,...,6N) EN QUE CADA UNO ESTA CONECTADO AL MENOS A UNA CARGA. CADA MEDIO DE CONVERTIDOR (6I) ESTA CONECTADO A LOS MENCIONADOS CABLES DE ENERGIA (2) CON EL FIN DE SUMINISTRAR UN VOLTAJE DE CC A SU CARGA RESPECTIVA.
Description
Sistema de distribución de energía
eléctrica.
La presente invención se refiere a un sistema de
distribución para suministrar energía eléctrica a equipos
eléctricos y/o electrónicos, siendo de especial aplicación pero no
exclusivamente en un sistema de telecomunicaciones.
El sistema de distribución de energía eléctrica
convierte una tensión alterna de una red comercial a una tensión
continua, de tal forma que el contenido de armónicos de la corriente
de entrada cumple con las normas internacionales, como por ejemplo
EN61000-3-2; por tanto el sistema de
distribución comprende medios para corregir el factor de
potencia.
Es conocido que un sistema de distribución de
energía eléctrica para alimentar de forma ininterrumpida a un
sistema de telecomunicaciones incluye unos medios rectificadores los
cuales están conectados a una red comercial de alterna, por ejemplo
220 V, convirtiendo dicha tensión alterna a una tensión continua,
por ejemplo 48 V.
En caso de fallo de la red comercial de alterna,
una batería suministra energía eléctrica al sistema de
telecomunicaciones, siendo dicha batería también alimentada por los
medios rectificadores.
Por tanto, los medios rectificadores están
diseñados para proporcionar desde tensión continua toda la potencia
que demandan la batería y los equipos que forman el sistema de
telecomunicaciones, por ejemplo convertidores, placas electrónicas,
ordenadores, etc. La tensión continua es distribuida por medio de
unos conductores de potencia.
En general los sistemas de distribución de
energía presentan globalmente un rendimiento bajo, \eta\leq0.7
por ejemplo, teniendo en cuenta todos los procesos de conversión que
hay y las pérdidas que se producen en la distribución de la
energía. Como resultado, la energía perdida transformada en calor es
disipada en unos medios disipadores, por ejemplo radiadores.
Cuanto menos eficaz es el proceso de conversión
de energía alterna en continua, mayor volumen tendrán los medios
disipadores, por lo tanto mayor tamaño tendrán los medios
rectificadores. Otro parámetro que influye en el tamaño de los
medios rectificadores es la potencia que deben suministrar, así a
mayor potencia mayor tamaño, por lo cual el coste de los medios
rectificadores es alto.
El documento D1 (EP 696831) describe un sistema
de distribución de energía que comprende un circuito de conversión
destinado a proporcionar energía a un bus de corriente continua
elevada, una pluralidad de módulos de salida para convertir la
corriente continua alta que se recibe a través del bus de corriente
continua en tensiones de salida, y un módulo de reserva de batería,
destinado a mantener el bus de corriente continua en alta tensión
durante una parada o interrupción de la fuente de corriente
alterna.
El circuito de conversión convierte la tensión
alterna en una tensión continua. En consecuencia, incluye unos
medios rectificadores, un puente de diodos, conectados a un
convertidor de BOOST. Así, la salida del rectificador, es decir, el
nodo 125, es suministrada al convertidor de BOOST que suministra la
tensión continua al bus de corriente continua. Por otra parte, el
convertidor de BOOST proporciona la corrección del factor de
potencia.
El documento D3 (rep575101) describe una máquina
permutatriz (convertidor de corriente continua en alterna y
viceversa) de línea a corriente continua, que comprende unos medios
rectificadores que tienen un circuito de corrección del factor de
potencia, esto es, un puente de diodos conectado a un convertidor de
BOOST, así como medios para conectar una batería a un bus de
corriente continua durante una interrupción de una fuente de
suministro de corriente alterna. Un convertidor de BUCK convierte la
tensión continua recibida desde el bus de corriente continua en
otra tensión de corriente continua, que se suministra a las
cargas.
En los documentos D1 y D3, se utilizan buses de
corriente continua para la energía que se distribuye a diversos
medios, a saber, batería, convertidor o similares (equipo de
telecomunicaciones). Como resultado de ello, se producen fuertes
pérdidas de energía a través del bus de corriente continua, en forma
de calor. Ambos sistemas (cadena de potencia) tienen dos etapas de
conversión de energía, es decir, una tensión alterna de entrada se
convierte en continua en unos primeros medios convertidores
(rectificador + convertidor de BOOST), y la tensión continua de
salida se convierte en otra tensión continua en unos segundos medios
convertidores (convertidor de BUCK). Como resultado de ello, el
sistema presenta una eficiencia baja.
Un objetivo de esta invención es proporcionar un
sistema de distribución de energía eléctrica para resolver los
anteriores inconvenientes. Para ello, el sistema de distribución de
energía convierte la energía de una red de corriente alterna en una
tensión senoidal rectificada, siendo distribuida esta última tensión
a los equipos que forman un sistema de telecomunicaciones y también
a unos medios almacenadores de energía. Estos últimos suministrarán
la energía almacenada por ellos cuando la red comercial de alterna
falle.
Como resultado, el sistema de distribución de
energía presenta un alto rendimiento, bajo coste y, en conjunto,
ocupa un reducido espacio, amen de cumplir con las normativas
internacionales relativas al contenido de armónicos de la corriente
de entrada, por ejemplo
EN61000-3-2.
El sistema de distribución de energía eléctrica
comprende unos medios rectificadores cuyos terminales de entrada
están conectados a la red de corriente alterna, y sus terminales de
salida están conectados a unos conductores de potencia para
distribuir la tensión senoidal rectificada generada por los medios
rectificadores.
Los conductores de potencia distribuyen la
tensión senoidal rectificada a unos medios cargadores para
suministrar tensión continua a los medios almacenadores de energía;
y también a unos medios eléctricos que forman propiamente el
sistema de telecomunicaciones.
Los medios rectificadores generan y distribuyen
por medio de los conductores de potencia tensión senoidal
rectificada, debido a ello dichos medios rectificadores presentan un
rendimiento más elevado, y consecuentemente necesitan menos medios
disipadores para disipar las pérdidas, por tanto presentan en
conjunto un menor volumen.
Una explicación más detallada de la invención se
da en la siguiente descripción basada en las figuras adjuntas en las
que:
- la figura 1 muestra en un diagrama de bloques
una configuración preferida de un sistema de distribución de
energía de acuerdo con la invención,
- la figura 2 muestra en un diagrama de bloques
el sistema de distribución de energía incluyendo unos medios
acondicionadores de corriente de acuerdo con la invención,
- la figura 3 muestra en un diagrama de bloques
el sistema de distribución de energía incluyendo unos medios
adaptadores de acuerdo con la invención,
- la figura 4 muestra en un diagrama de bloques
del sistema de distribución de energía incluyendo otra localización
del medio conmutador de acuerdo con la invención, y
- la figura 5 muestra una realización preferida
del medio conmutador incluyendo un medio de interrupción de acuerdo
de acuerdo con la invención.
La figura 1 muestra un diagrama de bloques del
sistema de distribución de energía, el cual suministra energía
eléctrica de forma ininterrumpida a un sistema de
telecomunicaciones. Dicho sistema de distribución comprende un
medio rectificador 1, el cual convierte una tensión alterna a
tensión senoidal rectificada. Para ello, dicho medio rectificador 1
está conectado por medio de unos terminales de entrada a una red
comercial de alterna, y distribuye la tensión senoidal rectificada
por medio de unos conductores de potencia o un bus de alimentación
2; estos últimos conductores 2 están conectados a unos terminales de
salida del medio rectificador 1.
El medio rectificador 1 está constituido, por
ejemplo, por un puente de diodos o por un puente rectificador
controlado, siendo ambos puentes conocidos en el estado de la
técnica, por tal motivo no es descrita a continuación ni su
configuración, ni su funcionamiento, respectivamente.
Los conductores de potencia 2 distribuyen dicha
tensión senoidal a unos medios eléctricos 5, por ejemplo un sistema
de telecomunicaciones, a través de un medio conmutador 8, y a unos
medios almacenadores de energía 4, por ejemplo una batería, a
través de un medio cargador 3.
La tensión senoidal rectificada antes de ser
proporcionada a los medios almacenadores 4, debe ser transformada
en tensión continua, siendo realizada dicha conversión por el medio
cargador 3, tal que sus terminales de entrada están conectados a
los conductores de potencia 2, y sus terminales de salida están
conectados a los medios almacenadores de energía 4.
Por otro lado, los medios eléctricos 5 sí
reciben directamente la tensión senoidal rectificada, ya que dichos
medios eléctricos 5 comprenden una pluralidad de medios
convertidores 6i (i= 1, ..., n), y/o una pluralidad de cargas
eléctricas 7j (j=1, ..., m).
Los medios convertidores 6i a través de sus
terminales de entrada están conectados directamente a los
conductores de potencia 2. Así, cada medio convertidor 6i convierte
la tensión senoidal rectificada a tensión continua para
suministrarla al menos a una carga, la cual está conectada a los
terminales de salida de dicho convertidor 6i. Las cargas pueden ser
placas electrónicas de circuito impreso, por ejemplo.
También, cada carga eléctrica 7j está conectada
directamente a los conductores de potencia 2, pudiendo ser unidades
de alimentación para asegurar un suministro continuo de tensión
alterna a ordenadores, por ejemplo.
En caso de fallo de la red de corriente alterna,
la energía que necesitan los medios eléctricos 5 es suministrada
por los medios almacenadores de energía 4.
Para tal fin, el sistema de distribución
comprende también un circuito de control, no mostrado en la figura
1, para detectar la ausencia de la red de alterna. Cuando este
último circuito de control detecta la ausencia de la red de
alterna, cierra el medio conmutador 8, para que los medios de
almacenamiento 4 proporcionen la energía eléctrica demandada por
los medios eléctricos 5.
En la configuración preferida, el sistema de
distribución de energía eléctrica cumple con la normativa
internacional referente al contenido de armónicos de la corriente
de entrada, ya que tanto el medio cargador 3, como los medios
convertidores 6i y las cargas eléctricas 7j corrigen el factor de
potencia; siendo el medio cargador 3, los medios convertidores 6i y
las cargas eléctricas 7j bien conocidas en el estado del arte, por
lo que no han sido descritas ni sus configuraciones, ni su
funcionamiento.
Como se ha descrito anteriormente, se distribuye
tensión senoidal rectificada, como resultado los medios
rectificadores 1 son más sencillos, presentan un mejor rendimiento,
se disipa menor energía, y por lo tanto presentan un menor volumen y
coste.
La figura 2 muestra otra posible configuración
del sistema de distribución de energía eléctrica, hay un medio
acondicionador de corriente 9 conectado a los conductores de
potencia 2, antes de distribuir la tensión senoidal rectificada a
cualquier medio demandante de dicha tensión senoidal
rectificada.
El medio acondicionador 9 suministra y absorbe,
a través de sus terminales, corriente a los conductores de potencia
2 para obligar a la corriente suministrada por los medios
rectificadores 1, a seguir la señal de onda de la tensión senoidal
rectificada generada por dichos medios rectificadores 1; cumpliendo
con ello las normativas internacionales relativas al contenido de
armónicos de la corriente de entrada.
Como una consecuencia, en está configuración no
es necesario que los medios cargadores 3, los medios convertidores
6i y las cargas eléctricas 7j incluyan en su funcionamiento normal
corregir el factor de potencia, ya que la corrección del factor de
potencia es realizada por los medios acondicionadores 9. Tan poco es
descrita ni la configuración ni el funcionamiento de los medios
acondicionadores ya que son bien conocidos en el estado de la
técnica.
En el caso de que los medios almacenadores 4
suministren por medio de sus terminales de salida una tensión que
no coincide con la demandada por los medios eléctricos 5, es
necesario disponer un medio adaptador 10, ver figura 3, para que
éste último adapte la tensión a los niveles de tensión con los que
trabajan los medios eléctricos 5. Consecuentemente, los medios
eléctricos 5 han de trabajar tanto con tensión senoidal rectificada,
como con tensión continua.
Los medios adaptadores 10 están conectados entre
los terminales de salida de los medios almacenadores 4 y el medio
conmutador 8.
Como se ha mencionado anteriormente, los medios
eléctricos 5 trabajan tanto con tensión senoidal rectificada, como
con tensión continua. En este caso concreto, el medio conmutador 8
puede ser ubicado entre los medios almacenadores 4 y los medios
eléctricos 5, por tanto los medios rectificadores 1 están conectados
directamente a los medios eléctricos 5.
La figura 5 muestra una realización preferida
del medio conmutador 8 empleado en está configuración. El medio
conmutador 8 está constituido por un medio de interrupción 51
unidireccional para interrumpir la línea de conexión entre los
medios almacenadores 4 y los medios eléctricos 5. Así, se evita el
uso de un medio conmutador en la línea que une directamente los
medios rectificadores 1 con los medios eléctricos 5, produciéndose
una mejora en el rendimiento global del sistema de distribución de
energía, y obviamente una reducción del coste global del mismo.
La apertura y cierre del medio de interrupción
51, por ejemplo un diodo, está gobernado por un circuito de control
52 para controlar la apertura o cierre del medio de interrupción 51
en presencia o ausencia de la tensión senoidal rectificada en los
medios eléctricos 5.
Claims (8)
1. Sistema de distribución de energía
eléctrica para suministrar energía eléctrica desde una red de
suministro de corriente alterna a al menos unos medios eléctricos
(5) y a unos medios almacenadores de energía (4); de tal modo que
el sistema de distribución de energía eléctrica comprende:
\blacklozenge unos medios rectificadores (1),
conectados a la red de suministro de corriente alterna y destinados
a proporcionar una tensión sinusoidal rectificada a través de unos
terminales de salida;
\blacklozenge unos conductores de potencia
(2), conectados a los terminales de salida de los medios
rectificadores (1);
\blacklozenge unos medios de carga (3),
conectados a los conductores de potencia (2) para suministrar
tensión continua a los medios almacenadores de energía (4);
\blacklozenge unos medios eléctricos (5), que
comprenden una pluralidad de medios convertidores (61, ..., 6i,
..., 6n), cada uno de los cuales está conectado a los conductores de
potencia (2) con el fin de suministrar tensión continua,
respectivamente, al menos a una carga; caracterizado porque
dichos conductores de potencia (2) distribuyen dicha tensión
sinusoidal rectificada directamente a dichos medios de carga (3) y a
dichos medios eléctricos (5), por lo que los medios de carga (3) y
los medios eléctricos (5) convierten la tensión sinusoidal
rectificada en una tensión continua.
2. Sistema de distribución de acuerdo a la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho sistema de
distribución además comprende un medio acondicionador (9) conectado
a dichos conductores de potencia (2), para obligar a la corriente a
seguir la forma de onda de dicha tensión senoidal rectificada.
3. Sistema de distribución de acuerdo a la
reivindicación 1, caracterizado porque cada medio convertidor
(6i) incluye medios para corregir el factor de potencia.
4. Sistema de distribución de acuerdo a la
reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio cargador
(3) comprende también medios para corregir el factor de
potencia.
5. Sistema de distribución de acuerdo a la
reivindicación 1, caracterizado porque en caso de fallo de
dicha red de corriente alterna, los medios almacenadores de energía
(4) suministran la energía eléctrica que tienen almacenada a dichos
medios eléctricos (5) a través de un medio conmutador (8).
6. Sistema de distribución de acuerdo a la
reivindicación 5, caracterizado porque dicho medio conmutador
(8) incluye un medio interruptor (51) unidireccional para
interrumpir el flujo de corriente desde dichos medios almacenadores
de energía (4) hacia dichos medios eléctricos (5).
7. Sistema de distribución de acuerdo a la
reivindicación 6, caracterizado porque un circuito de control
(52) está para controlar la apertura y el cierre del medio
interruptor (51) en función de la presencia o ausencia de la
tensión sinusoidal rectificada en los conductores de potencia
(2).
8. Sistema de distribución de acuerdo a la
reivindicación 5, caracterizado porque los medios
almacenadores de energía (4) suministran energía eléctrica a dichos
medios eléctricos (5) a través de un medio adaptador (10), el cual
adapta el valor de la tensión proporcionada por dichos medios
almacenadores de energía (4), al nivel de tensión demandada por los
medios eléctricos (5).
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