ES2306106T3 - Procedimiento para el servicio de una unidad de alimentacion para un circuito de excitacion y unidad de alimentacion para un circuito de excitacion. - Google Patents
Procedimiento para el servicio de una unidad de alimentacion para un circuito de excitacion y unidad de alimentacion para un circuito de excitacion. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para el servicio de una unidad de alimentación para un circuito de excitación (5) de una etapa de potencia (4), en particular en un equipo electrónico de potencia (3) para un motor eléctrico (2), conmutándose una corriente de control mediante un convertidor inductivo (11) con ayuda de un primer y un segundo interruptor (14, 15) para generar una alimentación de potencia para la etapa de potencia, pudiendo fluir una corriente autónoma a través de un circuito (16) de corriente autónoma al desconectar el primer interruptor (14), con las siguientes etapas: a) conectar el primer y el segundo interruptor (14, 15); b) desconectar el primer interruptor (14) en un proceso de desconexión; c) medir la corriente autónoma en el primer circuito (16) de corriente autónoma; d) controlar el comportamiento de conmutación del segundo interruptor (15) en función de la primera corriente autónoma medida.
Description
Procedimiento para el servicio de una unidad de
alimentación para un circuito de excitación y unidad de alimentación
para un circuito de excitación.
La invención se refiere a un procedimiento para
el servicio de una unidad de alimentación para un circuito de
excitación para una etapa de potencia, en particular para una etapa
de potencia para un motor eléctrico. La invención se refiere
asimismo a una unidad de alimentación para una alimentación de
potencia de un circuito de excitación para una etapa de
potencia.
Las unidades de accionamiento eléctrico
comprenden regularmente un motor eléctrico y un equipo electrónico
de potencia. El equipo electrónico de potencia toma energía de una
red de alimentación con frecuencia y tensión fijas y la convierte
para la generación de un campo giratorio en un motor. La velocidad
de giro y el par de giro del motor se regulan mediante el equipo
electrónico de potencia. El equipo electrónico de potencia comprende
regularmente un amplificador de regulación o, en un sistema de
accionamiento no regulado, un convertidor de frecuencia. El
amplificador de regulación y el convertidor de frecuencia se
denominan usualmente juntos como ondulador y se controlan mediante
un circuito de excitación previsto en el equipo electrónico de
potencia.
El uso de unidades de accionamiento eléctrico
requiere la desconexión inmediata y la detención segura de las
mismas en el caso de peligro o de producirse fallos. Es decir, el
motor no debe moverse en ningún caso debido a una activación
eléctrica.
Para este fin se desconecta usualmente la
alimentación de energía del equipo electrónico de potencia, tal
como se conoce por ejemplo del documento impreso BIA Report 5/2003
"Sichere Antriebssteuerung mit Frequenzumrichtern",
ISBN3-88383-645-1 o
del documento impreso Antriebstechnik 33 (1994) nº 10 "Vermeidung
von unerwartetem Anlauf bei stromrichtergespeisten Antrieben",
Erwin Zinken, BIA Sankt Augustin. De esta manera es posible detener
el motor fiablemente, ya que al motor no se suministra más energía.
No obstante, durante un posterior rearranque es preciso conectar el
equipo electrónico de potencia completo, lo que requiere un tiempo
considerable.
Otra posibilidad consiste en separar el motor
del equipo electrónico de potencia mediante un interruptor
electromecánico, por ejemplo con un contactor. No obstante, la
conmutación repentina puede dañar fácilmente el equipo electrónico
de potencia a causa de sobretensiones. Además, la carga del
contactor es muy alta, ya que debe conmutar elevadas intensidades
de corriente.
Otra solución para la desconexión segura del
campo giratorio consiste en la supresión del impulso de encendido.
Los impulsos de encendido corresponden a señales de control
generadas mediante el circuito de excitación en el equipo
electrónico de potencia que controla la etapa de potencia del equipo
electrónico de potencia. La etapa de potencia presenta seis
interruptores electrónicos activados mediante señales de control de
tal manera que la tensión continua interna se convierte en una
corriente alterna trifásica. Es posible suprimir el impulso de
encendido de distintas maneras. Es usual, tal como se conoce del
documento impreso BIA-Report 5/2003 anteriormente
mencionado, interrumpir la tensión de alimentación del circuito de
excitación. La tensión se desconecta usualmente mediante un relé en
el caso de producirse un fallo. La inmovilización segura mediante la
supresión de los impulsos de encendido, es decir, la no generación
de las señales de control, mantiene todos los otros componentes del
equipo electrónico de potencia en estado completamente listo para el
servicio. De esta manera es posible conmutar el sistema eléctrico
de accionamiento al estado seguro y activarlo de nuevo sin que esto
se note en la aplicación en curso. En lo esencial no se produce un
retardo al reconectar el circuito de excitación.
En la actualidad, la conmutación de la tensión
de alimentación del circuito de excitación se lleva a cabo mediante
un relé mecánico que está sujeto al desgaste. Con un relé de
conmutación mecánica no es posible configurar el equipo electrónico
de potencia de forma "segura a un único fallo". "Seguro a un
único fallo" significa que, al producirse un fallo en uno de los
elementos usados relevantes para la seguridad, el control del motor
se detiene inmediatamente.
El objetivo de la presente invención consiste
por lo tanto en proporcionar un procedimiento para el servicio de
una etapa de potencia en un equipo electrónico de potencia que esté
realizado en particular de forma "segura a un único fallo". El
objetivo de la presente invención consiste además en proporcionar
una unidad de alimentación para un circuito de excitación, en
particular para el control de un motor, que esté realizado de forma
"segura a un único fallo".
Este objetivo se consigue mediante el
procedimiento según la reivindicación 1 y la unidad de alimentación
según la reivindicación 11.
Otras configuraciones ventajosas de la invención
se indican en las reivindicaciones dependientes.
Conforme a un primer aspecto de la presente
invención está previsto un procedimiento para el servicio de una
unidad de alimentación para un circuito de excitación, en particular
en un equipo electrónico de potencia para un motor eléctrico. Una
corriente de control se conmuta mediante un convertidor inductivo
con ayuda de un primero y un segundo interruptor en función de una
primera señal de control y una segunda señal de control para
generar una alimentación de potencia para el circuito de excitación.
Durante la desconexión del primero y del segundo interruptor puede
fluir una corriente autónoma en un primero o en un segundo circuito
de corriente autónoma, respectivamente. Al activar la etapa de
potencia se conectan en primer lugar el primero y el segundo
interruptor conforme a una primera y una segunda señal de control y,
a continuación, el primer interruptor se desconecta durante un
proceso de desconexión por ejemplo conforme a un valor de control
mediante la primera señal de control. Durante el proceso de
desconexión se mide la corriente autónoma en el primer circuito de
corriente autónoma. El segundo interruptor se conmuta o no se
conmuta con la segunda señal de control en función de la primera
corriente autónoma medida.
El procedimiento conforme a la invención tiene
la ventaja de que en una unidad de alimentación se comprueba el
funcionamiento del primer interruptor durante un proceso de
conmutación en el modo de servicio normal, detectándose mediante la
corriente autónoma medida si el primer interruptor ha interrumpido
realmente el circuito de corriente y funciona por lo tanto
correctamente. Debido a que para generar la alimentación de potencia
se requiere una conexión y desconexión continua y en lo esencial
simultánea de ambos interruptores, la generación de la alimentación
de potencia puede interrumpirse inmediatamente impidiendo la
conmutación de uno de los interruptores.
Conforme a una primera alternativa se bloquea la
conmutación del segundo interruptor cuando se detecta un fallo en
la medición de la corriente autónoma en el primer circuito de
corriente autónoma. Debido a que en el caso de un fallo detectado
de esta manera, el proceso de desconexión realmente no ha
desconectado el primer interruptor, el circuito de corriente sigue
cerrado a través del convertidor inductivo. No obstante, debido al
bloqueo de la conmutación del segundo interruptor no tiene lugar
otro proceso de conmutación, por lo que no puede transmitirse
energía mediante el convertidor inductivo.
De acuerdo con otra alternativa puede impedirse
una conexión del primero y del segundo interruptor cuando se
detecta un fallo en la medición de la corriente autónoma en el
primer circuito de corriente autónoma. En este caso se desconecta
el segundo interruptor después de haberse detectado el fallo. Esto
tiene la ventaja respecto a la primera variante de que en el
convertidor inductivo no puede fluir una corriente continua
permanente que eventualmente puede conllevar la destrucción del
mismo.
Puede estar previsto que durante otro proceso de
conmutación se conecten nuevamente el primero y el segundo
interruptor conforme a la primera y la segunda señal de control y, a
continuación, el segundo interruptor se desconecta durante otro
proceso de desconexión con ayuda de la segunda señal de control. Por
lo tanto, se mide la corriente autónoma en el segundo circuito de
corriente autónoma y el primer interruptor se conmuta con ayuda de
la primera señal de control en función de la corriente autónoma
medida en el segundo circuito de corriente autónoma. De esta manera
es posible comprobar también el funcionamiento del segundo
interruptor.
En particular es posible comprobar
alternativamente en cada ciclo de conmutación uno de los dos
interruptores respecto a su funcionamiento correcto, es decir,
respecto a su desconexión correcta. Cuando uno de los dos
interruptores no interrumpe correctamente el respectivo circuito de
corriente, durante la posterior comprobación del comportamiento de
conmutación se bloquea la posterior conmutación del otro
interruptor, por lo que no tiene lugar otra variación de la tensión
o de la corriente, en el convertidor inductivo para detener
inmediatamente una transmisión de energía y de este modo la
alimentación de potencia. De esta manera se impide el control de la
etapa de potencia del equipo electrónico de potencia, por lo que no
se proporciona energía para la generación de un campo giratorio
para un motor conectado que debe detenerse.
Cuando en la medición de la corriente autónoma
se detecta un fallo en el segundo circuito de corriente autónoma,
por un lado es posible bloquear la posterior conexión del primero y
del segundo interruptor y/o bloquear la desconexión del primer
interruptor de manera análoga al procedimiento durante la
comprobación del primer circuito de corriente autónoma.
Puede estar previsto que la primera y/o la
segunda señal de control se genere mediante una señal periódica. La
señal periódica para la generación de la primera y/o de la segunda
señal de control puede bloquearse cuando se detecta un fallo en la
medición de la corriente autónoma en el primero y/o en el segundo
circuito de corriente autónoma. El bloqueo de la señal periódica
requerida para la generación de las señales de control representa
una posibilidad para detener inmediatamente los procesos de
conmutación del primero y del segundo interruptor.
De acuerdo con otro aspecto de la invención está
prevista una unidad de alimentación para un circuito de excitación
para una etapa de potencia, en particular en un equipo electrónico
de potencia para un motor eléctrico. El circuito de excitación
presenta un convertidor inductivo conectado en serie con un primero
y un segundo interruptor para proporcionar una alimentación de
potencia mediante conmutación de los interruptores. El primero y el
segundo interruptor pueden activarse mediante una primera y una
segunda señal. La alimentación de potencia puede generarse en el
convertidor inductivo mediante conexión y desconexión del primero y
del segundo interruptor. Con el primer interruptor está unido un
primer circuito de corriente autónoma para absorber una corriente
autónoma durante un proceso de desconexión del primer interruptor.
El segundo interruptor está unido con un segundo circuito de
corriente autónoma para absorber una corriente autónoma durante un
proceso de desconexión del segundo interruptor. El circuito de
excitación presenta un dispositivo de control para conectar el
primero y el segundo interruptor conforme a la primera y la segunda
señal de control y para desconectar en un proceso de desconexión en
primer lugar el primer interruptor y para medir la corriente
autónoma en el primer circuito de corriente autónoma y conmutar el
segundo interruptor en función de la medición en el circuito de
corriente autónoma.
\newpage
La unidad de alimentación conforme a la
invención sirve para el servicio de un circuito de excitación para
una etapa de potencia con una alimentación de potencia que se genera
mediante conexión y desconexión de la tensión de alimentación de un
convertidor inductivo. La conexión y desconexión se llevan a cabo
con ayuda de dos interruptores que deben conmutarse en lo esencial
de forma simultánea. El dispositivo de control conecta en primer
lugar ambos interruptores simultáneamente y desconecta a
continuación el primer interruptor por ejemplo conforme a un valor
de mando. Cuando el primer interruptor presenta un defecto y no
interrumpe el circuito de corriente por el convertidor inductivo,
esto se detecta mediante la medición de la corriente autónoma en el
primer circuito de corriente autónoma y se bloquea una posterior
conmutación del segundo interruptor. Cuando se detecta una
conmutación correcta del primer interruptor se desconecta también el
segundo interruptor, por lo que entre la desconexión del primer
interruptor y la desconexión del segundo interruptor transcurre un
intervalo de tiempo lo más corto posible.
El primer circuito de corriente autónoma puede
presentar un primer sensor de corriente y/o un primer diodo
autónomo. El segundo circuito de corriente autónoma puede presentar
un segundo sensor de corriente y/o un segundo diodo autónomo.
El dispositivo de control puede estar
configurado para desconectar durante otro proceso de desconexión en
primer lugar el segundo interruptor y medir una corriente autónoma
en el segundo circuito de corriente autónoma para conmutar el
primer interruptor en función de la corriente autónoma medida. De
esta manera puede conseguirse que alternativamente se desconecte
durante cada proceso de conexión y desconexión en primer lugar el
primero y a continuación el segundo interruptor a fin de comprobar
de forma consecutiva el funcionamiento del primero y del segundo
interruptor.
De acuerdo con otra forma de realización, la
unidad de alimentación comprende un primer circuito de control y un
segundo circuito de control por separado de aquel, controlando el
primer circuito de control la conmutación del primer interruptor y
midiendo la corriente en el primer circuito de corriente autónoma.
El segundo circuito de control controla de forma correspondiente el
segundo circuito de corriente autónoma mediante conmutación del
segundo interruptor. El primer circuito de control y el segundo
circuito de control están acoplados entre sí de tal manera que el
primer circuito de control genera la primera señal de control en
función de una señal activa proporcionada por el segundo circuito
de control y el segundo circuito de control genera de manera
inversa la segunda señal de control en función de una señal activa
proporcionada por el primer circuito de control.
De esta manera puede conseguirse una seguridad
contra un único fallo y se interrumpe la generación de señales de
control, y de esta manera el suministro de la alimentación de
potencia al producirse un fallo en uno de los circuitos autónomos o
en uno de los circuitos de control. El circuito de control verifica
la capacidad de funcionamiento del interruptor cuando detecta el
fallo en el respectivo interruptor asignado. Debido a que el
circuito de control genera la señal activa que necesita el otro
circuito de control para activar el interruptor asignado, el
suministro de la alimentación de potencia se interrumpe también
cuando se produce un fallo en uno de los circuitos de control. Por
lo tanto, el circuito de excitación conforme a la invención es
"seguro respecto a un único fallo", ya que al producirse un
fallo en uno de los componentes se interrumpe inmediatamente el
suministro de la alimentación de potencia.
Para no poder generar erróneamente la primera y
la segunda señal activa, el respectivo circuito de control la
proporciona como señal periódica o como secuencia de señales, por lo
que en el caso de producirse un fallo se interrumpe la generación
de la señal activa periódica. La señal periódica o la secuencia de
señales tiene la ventaja de que en el caso de producirse un fallo
en el respectivo circuito de control, que conllevaría un estado
permanente de la señal activa, este estado no puede tener como
consecuencia que en el otro circuito de control se siga generando
la respectiva señal de control.
El convertidor inductivo está realizado
preferentemente como transformador.
De acuerdo con una forma de realización de la
invención, el dispositivo de control está configurado para generar
la primera y/o la segunda señal de control mediante una señal de
reloj proporcionada. Al producirse un fallo es posible interrumpir
la señal de reloj, por lo que se interrumpe la generación de la
primera y de la segunda señal de control.
A continuación se describen más detalladamente
formas de realización preferidas de la invención con referencia a
los dibujos adjuntos. En las figuras se muestran:
Fig. 1 Esquema de bloques para la representación
de un sistema de accionamiento.
Fig. 2 Esquema de bloques del circuito de
excitación conforme a la invención.
Fig. 3 Diagrama de desarrollo de las señales
para explicar la activación de los interruptores del circuito de
excitación.
En la figura 1 se muestra un esquema de bloques
previsto para el control de un motor eléctrico en un sistema de
accionamiento. En un sistema de control 1 se generan valores de
control, teniendo que activarse un motor eléctrico 2 en función de
estos valores de control. El motor eléctrico 2 se controla
normalmente con ayuda de un equipo electrónico de potencia 3 que
comprende una etapa de potencia 4. La etapa de potencia 4 genera en
el ejemplo representado tres corrientes de fase y presenta para este
fin típicamente 6 interruptores electrónicos (no representados) que
se activan mediante señales de conmutación procedentes de un
circuito de excitación 5. El motor eléctrico 2 está construido
preferentemente como motor sincrónico o asincrónico, en particular
como motor eléctrico que puede usarse con un campo eléctrico
giratorio y no dispone de una conmutación propia.
La etapa de potencia 4 sirve para proporcionar
el campo giratorio con la intensidad de corriente requerida para el
servicio del motor eléctrico 2. Las señales de conmutación con las
que se controla la etapa de potencia 4 las proporciona el circuito
de excitación 5.
En algunas aplicaciones es preciso que el motor
eléctrico 2 se detenga inmediatamente al producirse un fallo para
que el motor eléctrico 2 no siga funcionando de manera incontrolada.
Esto se lleva a cabo de tal manera que el circuito de excitación 5
del equipo electrónico de potencia 3 interrumpe inmediatamente la
generación de la respectiva señal de conmutación después de haberse
detectado un fallo. La generación del campo de corriente giratorio
para el motor eléctrico 2 requiere una determinada secuencia de
señales de conmutación. Cuando el circuito de excitación interrumpe
estas señales de conmutación, no es posible generar el campo
giratorio. Esto permite detener el motor eléctrico 2.
La interrupción de la generación de las señales
de conmutación en el circuito de excitación 5 se efectúa en
particular mediante interrupción de la alimentación de potencia del
circuito de excitación 5. La alimentación de potencia se lleva a
cabo mediante una unidad de alimentación 6 unida con el circuito de
excitación 5.
En la figura 2 se muestra un esquema de conexión
de una unidad de alimentación 6 conforme a la invención para un
circuito de excitación 5. La alimentación de potencia en forma de
una tensión de alimentación se proporciona al circuito de
excitación 5 que genera las señales de conmutación transmitidas a
los interruptores electrónicos de la etapa de potencia 4.
Las señales de conmutación se separan
galvánicamente y se encuentran en un intervalo de tensiones que es
el adecuado para un interruptor electrónico de una etapa de
potencia conectada a continuación. Típicamente, la entrada a la
compuerta de un transistor de potencia de efecto de campo está
incorporada en la etapa de potencia. La señal de conmutación es en
lo esencial una señal con modulación de duración de impulsos que
transmite los estados de conectado y desconectado a la etapa de
potencia.
La etapa de potencia (no representada) conecta o
desconecta una bobina del motor eléctrico conforme a la señal de
conmutación.
La unidad de alimentación 6 representada en la
figura 2 proporciona como alimentación de potencia una tensión de
alimentación que se genera en una bobina secundaria 12 en función de
la conmutación de una señal en una bobina primaria 10 de un
transformador 11. Debido a que durante la conexión y desconexión de
la corriente en la bobina primaria se generan tensiones positivas y
negativas en la bobina secundaria 12, esta señal de tensión
resultante se rectifica mediante un diodo rectificador 13 y se
filtra preferentemente mediante un condensador (no representado),
por lo que al circuito de excitación se conecta una tensión en lo
esencial positiva.
La bobina primaria 10 está conectada en serie
con un primer interruptor 14 y un segundo interruptor 15 entre un
alto potencial VDD de la tensión de alimentación y un bajo potencial
de la tensión de alimentación, preferentemente un potencial de masa
GND. El primero y/o el segundo interruptor 14, 15 están configurados
preferentemente como transistores de efecto de campo, pudiéndose
activar los mismos mediante una señal de control en una conexión de
compuerta correspondiente. Para conmutar el transformador 11 se
conectan y desconectan el primero y el segundo interruptor 14, 15
usualmente de forma simultánea, por lo que mediante los procesos de
conmutación en la bobina primaria 10 se induce la señal de tensión
correspondiente en la bobina secundaria 12 del transformador
11.
En particular durante el proceso de desconexión
se genera una corriente autónoma debida a la inductividad de la
bobina primaria 10 que tiene la dirección opuesta a la corriente en
el estado conectado de la bobina primaria 10. Para que esta
corriente no provoque sobretensiones nocivas en los transistores de
efecto de campo y en otros componentes del circuito de excitación,
para cada interruptor 14, 15 está previsto un circuito 16, 17 de
corriente autónoma.
El primer interruptor 14 está dispuesto entre el
alto potencial VDD de la tensión de alimentación y una primera
conexión de la bobina primaria 10. La primera conexión de la bobina
primaria 10 está unida con el potencial de masa a través del primer
circuito 16 de corriente autónoma, por lo que una corriente
autónoma, originada por la desconexión del primer interruptor,
puede fluir al potencial de masa GND. El segundo interruptor 15
está dispuesto entre una segunda conexión de la bobina primaria 10 y
el potencial de masa GND. La segunda conexión de la bobina primaria
10 está conectada también a través de un segundo circuito 17 de
corriente autónoma con el alto potencial VDD de la tensión de
alimentación.
Para que no se produzca un cortocircuito entre
el alto potencial VDD de la tensión de alimentación y el potencial
de masa GND durante la conexión de los interruptores, en el primer
circuito 16 de corriente autónoma está dispuesto un primer diodo
autónomo 18 y en el segundo circuito 17 de corriente autónoma está
dispuesto un segundo diodo autónomo 19 de tal manera que una
tensión negativa respecto al potencial de masa en la primera
conexión de la bobina primaria 10 se derive a través del primer
circuito 16 autónomo y una tensión superior al alto potencial VDD
de la tensión de alimentación se derive a través del segundo
circuito 17 de corriente autónoma, ya que el respectivo diodo
autónomo 18, 19 se vuelve conductivo en la dirección
correspondiente.
El primer circuito 16 de corriente autónoma
presenta un primer sensor de corriente 20 y el segundo circuito 17
de corriente autónoma un segundo sensor de corriente 21 para medir
las respectivas corrientes autónomas en los circuitos 16, 17 de
corriente autónoma. Los sensores de corriente 20, 21 pueden estar
configurados por ejemplo en forma de una resistencia de medición,
por ejemplo una resistencia en derivación o pueden presentar un
sensor de corriente de campo magnético con el cual se evita que una
resistencia de medición afecte la resistencia en el respectivo
circuito de corriente autónoma. Para medir una corriente autónoma
también es posible determinar la corriente autónoma mediante una
medición de la corriente en el respectivo interruptor.
Están previstos un primer circuito de control 22
y un segundo circuito de control 23 para generar las señales de
control para los interruptores 14, 15. El primer circuito de control
22 está conectado con el primer sensor de corriente 20, por lo que
una corriente autónoma medida en el primer circuito 16 de corriente
autónoma se proporciona al primer circuito de control 22. El primer
circuito de control 22 está unido con una primera conexión de
control del primer interruptor 14, en particular con la conexión de
compuerta del transistor de efecto de campo. El segundo circuito de
control 23 está unido con el segundo sensor de corriente 21, por lo
que la corriente autónoma medida en el segundo circuito 17 de
corriente autónoma se proporciona al segundo circuito de control.
El segundo circuito de control 23 está unido con una entrada de
control del segundo interruptor 15, es decir, con la conexión de
compuerta del segundo transistor de efecto de campo.
El primer circuito de control 22 está unido a
través de una primera línea 24 de señal activa con el segundo
circuito de control 23 para transmitir una señal activa al segundo
circuito de control 23. Está prevista una segunda línea 25 de señal
activa por lo que el segundo circuito de control 23 puede transmitir
una segunda señal activa al primer circuito de control 22. Los
circuitos de control 22, 23 reciben a través de una línea de señal
26 una señal de desbloqueo especificada de forma externa que permite
o bloquea la activación del motor eléctrico 2. Cada uno de los
circuitos de control 22, 23 presenta además una entrada para una
señal de reloj CLK. Con esta señal de reloj se sincronizan los
circuitos de control.
A continuación se describe el funcionamiento del
primer circuito de control 22 respecto al primer interruptor 14 y
el primer circuito 16 de corriente autónoma, funcionando el segundo
circuito de control 23 en lo esencial de forma análoga en relación
con el segundo interruptor y el segundo circuito 17 de corriente
autónoma.
El primero y el segundo circuito de control 22,
23 reciben la señal de desbloqueo a través de la línea de datos 26
y generan con el principio de la duración de un periodo una
respectiva señal de conexión como primera o segunda señal de
control que se suministra al primer interruptor 14 o al segundo
interruptor 15, respectivamente, por ejemplo una señal con un nivel
alto. Como consecuencia de la respectiva señal de conexión se
conectan los interruptores 14 y 15, por lo que el alto potencial
VDD de la tensión de alimentación se une con la primera conexión de
la bobina primaria 10 y el bajo potencial de alimentación GND se une
con la segunda conexión de la bobina primaria 10. Una vez
transcurrido un tiempo de conexión, la primera señal de control se
conmuta de tal manera que se desconecta el primer interruptor 14,
por ejemplo mediante una transición a un nivel bajo. Debido al
proceso de desconexión aparece una tensión autónoma en la bobina
primaria 10 del transformador 11 que se elimina a través del primer
circuito 16 de corriente autónoma.
La corriente autónoma en el primer circuito 16
de corriente autónoma se mide mediante el primer sensor de
corriente 20 y el valor de medición se proporciona al primer
dispositivo de control 22. En este se compara el valor de corriente
medido con un valor umbral de corriente seleccionado de tal manera
que se pueda detectar que fluye una corriente autónoma de cierta
magnitud. De esta manera es posible verificar el comportamiento de
conmutación del primer interruptor 14. Cuando el primer interruptor
14 no se abre debido a la señal de control, el circuito de
corriente a través de la bobina primaria 10 no se interrumpe y no se
produce una tensión autónoma que debería eliminarse a través del
primer circuito 16 de corriente autónoma. Esto se detecta en el
circuito de control 22 como fallo y se impide la generación de otra
señal de control para la conexión del interruptor 14.
Cuando en el primer circuito de corriente
autónoma se mide una corriente autónoma superior al valor umbral de
corriente, el primer circuito de control 22 genera una señal activa
en la primera línea 24 de señal activa, por lo que la señal activa
se transmite al segundo circuito de control 23. Al recibir la señal
activa correspondiente, el segundo circuito de control 23
desconecta inmediatamente el segundo interruptor 15, por lo que
entre la desconexión del primer interruptor y la desconexión del
segundo interruptor se produce sólo un pequeño retardo de tiempo en
relación con la duración total del periodo de las señales de control
que no tiene consecuencias esenciales respecto a la generación de
la señal de conmutación.
El primero y el segundo circuito de control 22,
23 trabajan en lo esencial de forma sincrónica, por lo que es
ventajoso que en ambos circuitos de control 22, 23 esté conectada la
misma señal de reloj CLK. Los dos circuitos de control 22, 23 están
adaptados uno al otro de tal manera que siempre sólo uno de los dos
circuitos de control genera automáticamente en un ciclo de reloj la
señal de control para la desconexión del respectivo interruptor 14,
15 sin recepción previa de la señal activa. Preferentemente, los dos
circuitos de control trabajan de forma asincrónica respecto a la
señal de desconexión, de modo que el primer circuito de control
genera en particular en un primer ciclo de reloj de forma
independiente la primera señal de control para la desconexión del
primer interruptor 14 y el segundo circuito de control 23 establece
una dependencia entre la señal de control para desconectar el
segundo interruptor 15 y la desconexión realizada por el primer
interruptor 14. En un segundo ciclo de reloj, el segundo circuito
de control 23 genera la señal de control para la desconexión del
segundo interruptor 15 independientemente de la señal activa y el
primer circuito de control 22 la genera en función de la señal
activa generada por el segundo circuito de control 23 después de la
desconexión con éxito del segundo interruptor 15.
La respectiva señal activa indica al circuito de
control 22, 23 correspondiente que debe generar la señal de control
para la desconexión del respectivo interruptor 14, 15. La
desconexión realizada del respectivo interruptor se indica
preferentemente mediante un flanco apropiado de la señal activa, ya
que este flanco debe generarse de forma activa en el circuito de
control correspondiente. De esta manera es posible que fallos
ocurridos en un circuito de control conllevan la interrupción
inmediata de la generación de la señal de conmutación, ya que sólo
un circuito de control 22, 23 que funciona correctamente puede
generar la señal activa. De este modo, la unidad de alimentación 6
presentada es segura contra "un único fallo", es decir, al
producirse un fallo en uno de los componentes empleados se
interrumpe inmediatamente la generación de la señal de conmutación,
por lo que el campo giratorio para el control del motor eléctrico 2
ya no se genera.
La unidad de alimentación propuesta está
configurada por lo tanto de tal manera que fallos en la desconexión
de uno de los interruptores 14, 15 tienen inmediatamente como
consecuencia que ya no se genera una señal de conmutación
correspondiente. Debido a que también el respectivo circuito de
control 22, 23 puede presentar fallos y eventualmente ya no detecta
un fallo correspondiente en la conmutación del respectivo
interruptor, el circuito de control debe generar activamente una
señal activa cuando se ha detectado la desconexión del interruptor
con el mismo. Un circuito de control defectuoso no generaría esta
señal activa, por lo que el otro circuito de control no genera una
señal de desconexión. Tampoco en el siguiente ciclo de reloj se
generarían señales de control que originan la conmutación de uno de
los interruptores 14, 15. Por ejemplo, un fallo en el primer
interruptor 14, según el cual el primer interruptor 14 no conmuta de
su estado conectado a su estado desconectado, tiene como
consecuencia que tampoco se desconecta el segundo interruptor 15, ya
que el primer circuito de control 22 no generaría la señal activa
que necesita el segundo circuito de control 23. Esto tiene como
consecuencia que se mantienen ambos circuitos de corriente a través
de la bobina primaria 10. En la bobina primaria 10 ya no se produce
una variación de la corriente y no se transmite energía a la bobina
secundaria 12, por lo que se desconecta la tensión de
alimentación.
Alternativamente puede estar previsto también
que, al producirse un fallo detectado mediante uno de los circuitos
de control y comunicado al otro circuito de control por la falta de
la señal activa correcta, el circuito de control genere una señal
de control para la desconexión del interruptor conectado con el
mismo para interrumpir en cualquier caso el circuito de corriente a
través de la bobina primaria 10, ya que de otro modo fluiría una
corriente continua de muy alta intensidad que podría destruirla. No
obstante, de este modo tiene lugar otro proceso de conmutación
durante el cual se sigue transmitiendo brevemente energía a la
bobina secundaria 12 y se genera otro flanco de la señal de
conmutación, por lo que se retardaría la desconexión del campo
giratorio para el control del motor eléctrico 2. No obstante, en
función de la aplicación en la que se usa el motor eléctrico 2 sólo
aparece un retardo temporal de la orden de unos pocos microsegundos
que puede desestimarse.
También es posible detectar fallos en uno de los
diodos autónomos 18, 19. En el caso de que uno de los diodos
autónomos 18, 19 se volviera conductivo en dirección inversa, se
produce un cortocircuito entre el alto potencial VDD de la tensión
de alimentación y el potencial de masa GND por lo que se alcanza el
estado seguro. El circuito se quedaría inoperativo. Cuando el diodo
no se vuelve conductivo en la dirección normal, este fallo no
obstaculiza el funcionamiento, pero es relevante para la seguridad
cuando en un transistor se produce un fallo en forma de
cortocircuito. Cuando el respectivo diodo autónomo 18, 19 no se
vuelve conductiva en dirección normal, este fallo tiene como
consecuencia que el sensor de corriente 20, 21 correspondiente no
mide una corriente autónoma, por lo que el circuito de control
correspondiente no genera una señal activa, ya que no puede detectar
la desconexión del respectivo interruptor 14, 15. Por lo tanto, un
diodo defectuoso provoca en el circuito un cortocircuito que
detiene el motor eléctrico o bloquea la generación de la señal de
control correspondiente. Una ventaja importante de una unidad de
alimentación de este tipo es que los intervalos de diagnóstico
tienen sólo la longitud de un ciclo de reloj CLK por lo que el
diagnóstico puede llevarse a cabo en intervalos de tiempo cortos de
por ejemplo 50 \mus.
Asimismo, un sistema de control superior (no
representado) está conectado con las unidades de control 22 y 23.
Cuando una de estas unidades deja de funcionar correctamente, el
sistema de control bloquea la señal de activación, por lo que las
unidades de control 22, 23 ya no pueden generar señales de
control.
En la figura 3 se muestra un diagrama de señales
para explicar el desarrollo de la señal de reloj y de la primera y
de la segunda señal de control. Se puede apreciar que el primero y
el segundo circuito de control 22, 23 realizan la conexión del
respectivo interruptor con el flanco ascendente de la señal de reloj
mediante un flanco igualmente ascendente de la señal de control.
Ambas señales se mantienen durante un periodo de tiempo determinado
en el nivel alto. Se puede apreciar que la primera señal de control
ST1 desconecta el primer interruptor 14 con un flanco descendiente.
A continuación se genera una señal activa apropiada en el circuito
de control 22 cuando el proceso de conmutación ha tenido éxito y no
se ha producido un fallo. Esto se comunica al segundo circuito de
control 23 que genera el flanco descendiente de la señal de control
ST2 para desconectar el segundo interruptor. Las señales de control
se mantienen en un nivel bajo hasta el siguiente flanco ascendente
de la señal de reloj CLK. Con el siguiente flanco ascendente de la
señal CLK cambian ambas señales de control ST1 y ST2 a un nivel
alto, generando ahora el segundo circuito de control un flanco
descendiente de la segunda señal de control ST2. El flanco
descendiente de la segunda señal de control ST2 motiva la
desconexión del segundo interruptor 15, generándose una señal
activa cuando la desconexión del interruptor 15 ha finalizado con
éxito y no se ha producido un fallo. La señal activa origina también
la desconexión del primer interruptor 14 conforme a un flanco
descendiente de la primera señal de control ST1 con un retardo
temporal que se puede desestimar. De esta manera es posible
verificar alternativamente el funcionamiento de los interruptores
14, 15 y de los componentes en el respectivo circuito de corriente
autónoma, interrumpiéndose inmediatamente la generación de las
señales de control cuando se detecta un fallo.
Claims (20)
-
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1. Procedimiento para el servicio de una unidad de alimentación para un circuito de excitación (5) de una etapa de potencia (4), en particular en un equipo electrónico de potencia (3) para un motor eléctrico (2), conmutándose una corriente de control mediante un convertidor inductivo (11) con ayuda de un primer y un segundo interruptor (14, 15) para generar una alimentación de potencia para la etapa de potencia, pudiendo fluir una corriente autónoma a través de un circuito (16) de corriente autónoma al desconectar el primer interruptor (14), con las siguientes etapas:- a)
- conectar el primer y el segundo interruptor (14, 15);
- b)
- desconectar el primer interruptor (14) en un proceso de desconexión;
- c)
- medir la corriente autónoma en el primer circuito (16) de corriente autónoma;
- d)
- controlar el comportamiento de conmutación del segundo interruptor (15) en función de la primera corriente autónoma medida.
- 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 según el cual se bloquea la desconexión del segundo interruptor (15) cuando se detecta un fallo en la medición de la corriente autónoma en el primer circuito (16) de corriente autónoma.
- 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 según el cual se bloquea otra conexión del primero y del segundo interruptor (14, 15) cuando se detecta un fallo en la medición de la corriente autónoma (16) en el primer circuito de corriente autónoma.
- 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 según el cual el fallo se detecta cuando la primera corriente autónoma es inferior a una respectiva corriente umbral especificada.
- 5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4 según el cual durante la desconexión del segundo interruptor (15) puede fluir una corriente autónoma en un segundo circuito (17) de corriente autónoma, con las siguientes etapas adicionales:
- e)
- conectar el primero y el segundo interruptor (14, 15);
- f)
- desconectar el primer interruptor (15) durante otro proceso de desconexión;
- g)
- medir una corriente autónoma en el segundo circuito (17) de corriente autónoma;
- h)
- controlar el comportamiento de conmutación del primer interruptor (14) en función de la corriente autónoma medida en el segundo circuito (17) de corriente autónoma.
- 6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5 según el cual se bloquea la desconexión del primer interruptor (14) cuando se detecta un fallo en la medición de la corriente autónoma en el segundo circuito (17) de corriente autónoma.
- 7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5 según el cual se bloquea otra conexión del primero y del segundo interruptor (14, 15) cuando se detecta un fallo en la medición de la corriente autónoma en el segundo circuito (17) de corriente autónoma.
- 8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7 según el cual los interruptores (14, 15) se controlan mediante una primera y una segunda señal de control, respectivamente, generándose la primera y/o la segunda señal de control con ayuda de una señal periódica.
- 9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 según el cual la señal periódica para la generación de la primera y/o de la segunda señal de control se bloquea cuando se detecta un fallo en la medición de la corriente autónoma en el primero y/o en el segundo circuito (16, 17) de corriente autónoma.
- 10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7 según el cual se detecta un fallo cuando la corriente autónoma en el segundo circuito (17) de corriente autónoma es inferior a una respectiva corriente umbral especificada.
- 11. Unidad de alimentación (6) para el servicio de un circuito de excitación (5) para una etapa de potencia (4) con una alimentación de potencia, en particular en un equipo electrónico de potencia (3) para un motor eléctrico (2),con un convertidor inductivo (11) para generar la alimentación de potencia para la etapa de potencia (4),con un primero y un segundo interruptor (14, 15) conectados en serie con el convertidor inductivo (11), pudiéndose generar la alimentación de potencia en el convertidor inductivo (11) mediante conexión y desconexión del primero y del segundo interruptor (14, 15),
\global\parskip1.000000\baselineskip
con un primer circuito (16) de corriente autónoma unido con el primer interruptor (14) para absorber una corriente autónoma durante un proceso de desconexión del primer interruptor (14),estando el dispositivo de control configurado para conectar en un proceso de conexión el primero y el segundo interruptor (14, 15) y para desconectar en un proceso de desconexión en primer lugar el primer interruptor (14) y medir una corriente autónoma en el primer circuito (16) de corriente autónoma y para conmutar el segundo interruptor (15) en función de la corriente autónoma medida. - 12. Unidad de alimentación (6) de acuerdo con la reivindicación 11 en la que un segundo circuito de corriente autónoma está unido con el segundo interruptor para absorber una corriente autónoma durante un proceso de desconexión del segundo interruptor, estando el dispositivo de control configurado además para desconectar durante otro proceso de desconexión en primer lugar el segundo interruptor (15) y para medir una corriente autónoma en el segundo circuito (17) de corriente autónoma y para conmutar el primer interruptor (14) en función de la corriente autónoma medida.
- 13. Unidad de alimentación (6) de acuerdo con la reivindicación 12 en la que el primer circuito de corriente autónoma presenta un primer sensor de corriente (20) y/o un primer diodo autónomo (18) y/o en la que el segundo circuito (17) de corriente autónoma presenta un segundo sensor de corriente (21) y/o un segundo diodo autónomo (19).
- 14. Unidad de alimentación (6) de acuerdo con la reivindicación 13en la que el dispositivo de control comprende un primer circuito de control (22) y un segundo circuito de control (23) por separado de aquel,en la que el primer circuito de control (22) controla la conmutación del primer interruptor (14) y mide la corriente en el primer circuito (16) de corriente autónoma,en la que el segundo circuito de control (23) controla la conmutación del segundo interruptor (15) y mide la corriente en el segundo circuito (17) de corriente autónoma,y en la que el primer circuito de control (22) y el segundo circuito de control (23) están acoplados entre sí de tal manera que el primer circuito de control (22) conmuta el primer interruptor en función de una segunda señal activa proporcionada por el segundo circuito de control (23),y en la que el segundo circuito de control (23) conmuta el segundo interruptor en función de una primera señal activa proporcionada por el primer circuito de control.
- 15. Unidad de alimentación (6) de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 12 en la que el primer circuito de control (22) y/o el segundo circuito de control (23) no generan una respectiva primera o segunda señal activa en el caso de un fallo de funcionamiento.
- 16. Unidad de alimentación (6) de acuerdo con la reivindicación 14 ó 15 en la que la primera y la segunda señal activa son una señal periódica generada por el primero o el segundo circuito de control (22, 23), respectivamente.
- 17. Unidad de alimentación (6) de acuerdo con una de las reivindicaciones 14 a 16 en la que el primero y el segundo circuito de control (22, 23) están configurados para bloquear la conmutación del primero o del segundo interruptor (14, 15) cuando se detecta un fallo en la medición de la corriente autónoma en el primero y/o en el segundo circuito (16, 17) de corriente autónoma.
- 18. Unidad de alimentación (6) de acuerdo con la reivindicación 17 en la que puede detectarse el fallo cuando por lo menos una de las corrientes autónoma es inferior a una respectiva corriente umbral especificada.
- 19. Unidad de alimentación (6) de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 18 en la que el convertidor inductivo (11) comprende un transformador.
- 20. Unidad de alimentación (6) de acuerdo con una de las reivindicaciones 17 ó 18 en la que el interruptor puede activarse mediante una primera o una segunda señal de control, estando el dispositivo de control configurado para generar la primera y/o la segunda señal de control mediante una señal de reloj proporcionada, interrumpiéndose la señal de reloj cuando se produce un fallo, por lo que se interrumpe la generación de la primera y de la segunda señal de control.
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