ES2307480T3 - Instalacion y procedimiento para la proteccion de convertidores de potencia contra sobrecarga. - Google Patents
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Abstract
Instalación para la protección de convertidores de potencia contra sobrecarga, para un convertidor de potencia con varios pares de ramas (4), que comprende: en la que un dispositivo (1) para la limitación de la corriente momentánea, un dispositivo (2) para la limitación de la corriente efectiva y un dispositivo para la limitación del tiempo, el dispositivo (1) para la limitación de la corriente momentánea (a) manda un dispositivo de control (5) a ejecutar como respuesta un bloqueo de una válvula de par de ramas cuando se excede un valor umbral de corriente (THZVS) para un bloqueo de una válvula de par de ramas, y manda el dispositivo de control (5) a desbloquear de nuevo el par de ramas (4) anteriormente bloqueado después de haber descendido la corriente por debajo del valor umbral de corriente (THZVS), (b) manda el dispositivo de control a ejecutar un bloqueo de válvula de convertidor de potencia (SVS) cuando se excede un valor umbral (ANZTHZVS) de un número de superaciones del valor umbral de corriente en un intervalo de tiempo predeterminado (t1) y/o se excede un valor umbral (ANZTt1) de un número de repeticiones del intervalo de tiempo predeterminado (t1), el dispositivo (2) de limitación de la corriente efectiva manda el dispositivo de control (5) a reducir un grado de modulación en respuesta a un resultado de la comparación de un número máximo admisible de ciclos de un valor efectivo predeterminado de la corriente de fase y de un número actual de ciclos al rebasar el número máximo admisible de ciclos, y el dispositivo para la limitación del tiempo manda el dispositivo de control (5) a ejecutar como respuesta un bloqueo de válvula de convertidor (SVS) cuando se excede permanentemente un valor efectivo máximo de la corriente (IHSRMAX) durante un intervalo de tiempo predeterminado (TWAITOLH) y/o cuando la presión desciende permanentemente por debajo de un valor mínimo de presión (KDR2) en un circuito de refrigerante durante un intervalo de tiempo predeterminado (TWAITDR2) y/o cuando se excede un número máximo admisible de activaciones del valor efectivo máximo de la corriente (IHSRMAX) durante un intervalo de tiempo predeterminado (TWAITKSH) y/o cuando se excede permanentemente otro valor umbral durante un intervalo de tiempo predeterminado, lo que ocurre cuando un interruptor de protección no ha reaccionado.
Description
Instalación y procedimiento para la protección
de convertidores de potencia contra sobrecarga.
La invención se refiere al campo de
semiconductores de potencia, en particular a una instalación y a un
procedimiento para la protección de convertidores de potencia
contra sobrecarga.
En convertidores de frecuencia de corriente
alterna se inicia convencionalmente un llamado "bloqueo selectivo
de válvulas del convertidor de potencia" después de haberse
superado un determinado valor momentáneo máximo admisible de la
corriente en el lado de la red o del motor o de la carga. Como
consecuencia de este bloqueo selectivo de válvulas del convertidor
de potencia se produce una interrupción temporalmente limitada de la
corriente en el lado de la red o de la carga. La duración de esta
interrupción está determinada tanto por las características de la
red o de la carga como también por las características del
dispositivo de control y regulación. El desarrollo de la
intervención de este tipo de limitación de sobrecorriente se
describe en el informe de la conferencia "Electrical Drives and
Power Electronics", Dubrovnik, Croacia, del 9 al 11 de octubre
1996, páginas 229 a 234. Las medidas de protección están
dimensionadas de tal manera que se produzcan consecuencias mínimas
en el servicio de tracción.
En lo anteriormente expuesto, las salidas de un
convertidor de potencia de servicios auxiliares HSR están provistas
de interruptores automáticos de potencia que deben garantizar la
protección tanto del cable como del convertidor de potencia de
servicios auxiliares bajo condiciones normales. Cuando estos
interruptores de protección de potencia no reaccionan, o sólo
reaccionan de forma retardada en el caso de producirse un
cortocircuito o una sobrecarga, debe estar garantizado que el
convertidor de potencia de servicios auxiliares no sufra daños. Una
protección contra sobrecorriente de este tipo se realiza
convencionalmente mediante un interruptor principal no retardado en
combinación con fusibles rápidos, tal como se describe por ejemplo
en "Elektrische Bahnen", capítulo 6.7 "Die
Schutzeinrichtungen" de Zarko Filipovic, editorial Springer 1995.
En los primeros años de desarrollo se emplearon adicionalmente
dispositivos de cortocircuito ultrarrápidos que desconectaron la
carga mediante puenteo del convertidor de potencia. Un método de
cortocircuito perfeccionado consiste, debido a la elevada carga
acumulada en el condensador del circuito intermedio, en el encendido
simultáneo de todos los tiristores. No obstante, para convertidores
de potencia de servicios auxiliares HSR convencionales no siempre
está garantizada fiablemente una protección rápida contra
sobrecorriente en el caso de sobrecarga o de cortocircuito, por lo
que el convertidor de potencia de servicios auxiliares puede sufrir
daños al producirse una sobrecarga o un cortocircuito.
En onduladores, en los cuales están conectadas a
la salida de los mismos una o varias cargas a través de fusibles o
fusibles automáticos existe el requisito de que el ondulador debe
suministrar siempre su corriente momentánea máxima posible en el
caso de una sobrecarga o de un cortocircuito en uno de los circuitos
eléctricos protegidos mediante fusible. Este requisito existe para
que los fusibles puedan cumplir con su función de desconectar en un
tiempo mínimo el circuito eléctrico sobrecargado o cortocircuitado.
En particular este requisito no puede cumplirse según el estado de
la técnica. Por ejemplo, en el caso de un cortocircuito o de una
sobrecarga en el cual un interruptor de protección no reacciona se
producen daños en el convertidor de potencia de servicios
auxiliares, ya que no están previstas otras medidas de protección
para el convertidor de potencia de servicios auxiliares.
En el documento EP 0 945 950 A2 se da a conocer
un dispositivo para el mando de un consumidor, estando conectados
en serie un medio de conmutación y el consumidor entre una tensión
de alimentación y una masa. El dispositivo comprende medios que
detectan un cortocircuito del consumidor contra masa y/o la tensión
de alimentación. Además, están previstos medios que originan una
pausa de activación controlada de forma adaptiva cuando se ha
detectado un cortocircuito.
En el documento EP 0 288 971 A2 se da a conocer
un circuito de estado sólido con un interruptor de potencia que
puentea una primera conexión de salida y una segunda conexión de
salida a través del cual se suministra a una carga externa
corriente eléctrica desde una fuente de tensión por separado. El
circuito de estado sólido comprende además un circuito excitador
que genera una primera señal de control para accionar el interruptor
de potencia y una tercera conexión de salida eléctricamente unida
con el circuito excitador para derivar energía eléctrica del
circuito excitador en forma de una segunda señal de control que se
suministra a un circuito por separado a través de la tercera
conexión de salida. Este circuito de cuerpo de estado sólido
conocido no sólo es capaz de controlar la alimentación de corriente
para una carga externa, sino que puede activar también un circuito
por separado que puede ser otro interruptor de potencia que actúa
junto con el interruptor de potencia del presente circuito de
estado sólido con el fin de una alimentación de corriente controlada
de una carga externa o con otro tipo de circuito electrónico.
El objetivo de la presente invención consiste en
crear una instalación y un procedimiento para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga mediante los cuales en
el caso de una sobrecarga o de un cortocircuito en uno de los
circuitos eléctricos protegidos sea posible desconectar fiablemente
en un tiempo mínimo el circuito eléctrico sobrecargado o
cortocircuitado, incluso cuando un interruptor de protección no
reacciona.
Este objetivo se consigue conforme a la
invención mediante una instalación con las características de la
reivindicación 1 y mediante un procedimiento con las
características de la reivindicación 9. En las reivindicaciones
dependientes se indican configuraciones ventajosas de la
invención.
La invención se explica a continuación más
detalladamente con referencia a formas de realización representadas
en los dibujos.
En las figuras se muestran:
Fig. 1 Representación de un esquema de bloques
de una instalación conforme a la invención para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga.
Fig. 2 Representación de un desarrollo de una
corriente en un par de ramas de un convertidor de potencia en
función del tiempo.
Fig. 3 Representación del estado del bloqueo de
válvulas en función del valor momentáneo de la corriente en el
conductor externo en la salida del convertidor de potencia de
servicios auxiliares.
Fig. 4 Desarrollo de la presión de bomba y de la
corriente efectiva en función del tiempo en el caso de un
cortocircuito en el circuito eléctrico de la red de servicios
auxiliares con la bomba de refrigerante conectada para los casos de
cortocircuito "el interruptor de protección se abre" y "el
interruptor de protección no se abre".
Fig. 5 Desarrollo de la presión de bomba y de la
corriente efectiva en función del tiempo en el caso de un
cortocircuito en el circuito eléctrico de la red de servicios
auxiliares sin la bomba de refrigerante conectada para los casos de
cortocircuito "el interruptor de protección se abre" y "el
interruptor de protección no se abre".
La presente invención puede aplicarse por
ejemplo en el suministro de energía a servicios auxiliares de un
vehículo tractor de corriente alterna o CA. Para servicios
auxiliares de este tipo deben estar disponibles dos redes
redundantes no conectadas a tierra con una tensión trifásica con
amplitud y frecuencia fijas o variables. La alimentación de las
redes de servicios auxiliares se garantiza mediante un convertidor
de potencia de servicios auxiliares integrado en el convertidor de
potencia de tracción.
En el presente ejemplo de realización conforme a
la invención, las salidas de un convertidor de potencia de
servicios auxiliares HSR integrado están equipadas con interruptores
de protección de potencia. Por lo tanto, los cables están
protegidos contra sobrecarga y cortocircuito. En el caso de
producirse una sobrecarga o un cortocircuito, el convertidor de
potencia de servicios auxiliares debe suministrar siempre de forma
temporalmente limitada su corriente momentánea máxima posible para
que los interruptores automáticos puedan cumplir su función y
desconectar en un plazo mínimo el circuito eléctrico sobrecargado o
cortocircuitado. No obstante, cuando en un determinado tiempo no se
produce una desconexión del circuito eléctrico defectuoso, se activa
un bloqueo total de válvulas del convertidor de potencia de
servicios auxiliares.
No obstante, en todas las intervenciones que
activan un dispositivo de protección del convertidor de potencia de
servicios auxiliares deben tenerse en cuenta las consecuencias para
la red de servicios auxiliares y el servicio de tracción. Por lo
tanto, la instalación conforme a la invención para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga está configurada de tal
manera que presente o garantice las siguientes características:
- 1)
- Muy alta disponibilidad de la red de servicios auxiliares y del servicio de tracción
- 2)
- Muy alta selectividad de los interruptores de protección
- 3)
- Convertidor de potencia de servicios auxiliares resistente al cortocircuito en el lado de baja tensión
- 4)
- Un número lo más bajo posible de perturbaciones del servicio del convertidor de potencia de tracción y del convertidor de potencia de servicios auxiliares debidas a intervenciones de protección
- 5)
- Los procesos dinámicos en el convertidor de potencia de servicios auxiliares en los modos de servicio regulares no originan interrupciones del servicio del convertidor de potencia de servicios auxiliares o caídas de la tensión en la red de servicios auxiliares.
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Para realizar este concepto de protección
anteriormente mencionado, la instalación conforme a la invención y
el procedimiento conforme a la invención para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga presentan tres
dispositivos de protección distintos que ofrecen sobre todo en
combinación una protección fiable contra destrucción eléctrica en
el caso de producirse una sobrecarga o un cortocircuito. Los
dispositivos correspondientes son un dispositivo 1 para la
limitación de la corriente momentánea, un dispositivo 2 para la
limitación de la corriente efectiva, así como un dispositivo para la
limitación del tiempo.
En la figura 1 se muestra un esquema de bloques
de la protección de convertidores de potencia contra sobrecarga.
Esta protección de convertidores de potencia contra sobrecarga
comprende el dispositivo 1 para la limitación de la corriente
momentánea, el dispositivo 2 para la limitación de la corriente
efectiva, así como el dispositivo para la limitación del tiempo (no
representado). Estos dispositivos están configurados una vez para
cada par de ramas 4 de un juego SR de convertidores de potencia
correspondiente, por ejemplo un puente monofásico o un puente
trifásico.
En primer lugar se explican más detalladamente
la estructura del dispositivo 1 conforme a la invención para la
limitación de la corriente momentánea y el funcionamiento del
mismo.
El dispositivo 1 para la limitación de la
corriente momentánea comprende en principio un regulador de dos
posiciones con una supervisión subordinada del número de
intervenciones de este regulador de dos posiciones que actúa de
forma selectiva sobre el estado de conmutación de cada par de ramas
4 del convertidor de potencia de servicios auxiliares HSR (véase la
figura 3). Vista en función del tiempo, la limitación de la
corriente momentánea no está sujeta a ninguna retícula de tiempo
fija. Entre otros, el dispositivo 1 para la limitación de la
corriente momentánea comprende un comparador 11 que bloquea ambos
interruptores electrónicos de un par de ramas del convertidor de
potencia mediante emisión de una señal de salida ZVS a un modulador
y conjunto de control 5 cuando la corriente alterna de un par de
ramas ha superado un valor umbral THZVS, por ejemplo 1.100 A. Este
valor umbral THZVS se muestra entre otros en la figura 3. En esta
figura 3, con THZVS se denomina un valor umbral de las corrientes
iHSR en los conductores externos en la salida del convertidor de
potencia de servicios auxiliares HSR detectadas mediante un sensor
de corriente 41 y se activa el "bloqueo de válvulas de un par de
ramas" ZVS cuando se supera este valor umbral, con THZVSRESET,
que es por ejemplo de 200 A, se denomina un valor umbral de la
corriente iHSR en un conductor externo en la salida del convertidor
de potencia de servicios auxiliares HSR para desbloquear de nuevo
la conmutación de este par de ramas 4 por el reloj después de un
"bloqueo de válvulas de un par de ramas" ZVS cuando la
corriente desciende por debajo de este valor umbral, y con THSVSGES
se denomina un valor umbral de las corrientes iHSR en los
conductores externos del convertidor de potencia de servicios
auxiliares HSR que activa una desconexión de protección con
activación del interruptor principal cuando se excede este valor
umbral.
Una supervisión del número de intervenciones del
regulador de dos posiciones se realiza mediante dos dispositivos 12
y 13 con las respectivas ventanas de tiempo con los tamaños de
ventana t1 y t2, tal como se muestra en la figura 2. En el
dispositivo 12 con la ventana de tiempo t1 se cuenta el número de
intervenciones del umbral de disparo THZVS, es decir, las
intervenciones del valor umbral de las corrientes iHSR de los
conductores externos del convertidor de potencia de servicios
auxiliares HSR en la secuencia de impulsos de un par de ramas 4 del
convertidor de potencia de servicios auxiliares HSR, es decir, el
número de veces que la corriente alterna iHSR de un par de ramas
excede el valor umbral, y en el dispositivo 13 con la ventana de
tiempo t2 se cuenta el número de repeticiones de la ventana de
tiempo t1. Cuando uno de los dos números de sucesos actualmente
contados supera un valor límite asignado ANZTHZVS, por ejemplo 15, o
ANZTt1, por ejemplo 3, se inicia un bloqueo SVS de válvulas del
convertidor de potencia. Es decir, en vez de sólo un par de ramas 4
se bloquean todos los pares de ramas del convertidor de potencia de
servicios auxiliares HSR.
Para realizar la supervisión del número de
intervenciones del regulador de dos posiciones están previstos, tal
como se muestra en la figura 3, como dispositivos 12 y 13 dos
monoflops con las ventanas de tiempo t1 y t2, que no se pueden
reiniciar, con los tiempos t1, por ejemplo 0,01 s, y t2, por ejemplo
0,2 s. Estos monoflops se disparan según la figura 2 con cada
primera activación del regulador de dos posiciones e inician de esta
manera dos procesos de recuento distintos mediante los contadores
14 y 15. Con el proceso de recuento asignado al tiempo t1 se cuenta
con el contador 14 el número de veces que se excede el valor umbral
ANZTHZVS de la corriente alterna iHSR de un par de ramas, y con el
contador 15 asignado al tiempo t2 se cuenta el número de procesos
de disparo ANZTt1 del monoflop 12 asignado al tiempo t1. El
resultado de ambos procesos de recuento se compara en un respectivo
comparador 16 ó 17 con los valores límite, denominados Anz1 y Anz2.
Las señales de salida de los comparadores 16 y 17 se suministran a
una puerta O 18 de modo que cuando uno de los dos números de
sucesos contados actualmente, es decir un valor de recuento, supera
el valor límite asignado Anz1 ó Anz2, respectivamente, la puerta O
18 emite una señal en base a la cual el modulador y conjunto de
control 5 inicia un bloqueo SVS de válvulas del convertidor de
potencia. Es decir, en vez de sólo un par de ramas 4 se bloquean
todos los pares de ramas del circuito del convertidor de potencia
supervisado.
Asimismo, el dispositivo de protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga comprende el dispositivo
2 para la limitación de la corriente efectiva que se explica más
detalladamente a continuación.
A diferencia de la limitación de la corriente
momentánea, la limitación de la corriente efectiva requiere en
general una retículo fijo en la que puede apoyarse el cálculo de la
corriente efectiva. Por lo tanto, se requiere un reloj de ciclo.
Como ciclo se denomina la base temporal para los procesos de la
limitación de la corriente efectiva que se ejecutan. Un ciclo es un
múltiplo íntegro n_{z} de un semiperiodo de la corriente alterna
a limitar. Preferentemente, se elige n_{z} = 1 ó 2.
En el dispositivo 2 para la limitación de la
corriente efectiva existen básicamente dos procesos que se
desarrollan por separado entre sí. Uno de los dos procesos se
denomina proceso de medición y el otro proceso de procesamiento.
Durante el proceso de medición, la corriente de fase se mide
mediante un elemento de exploración y retención 21 y los valores
explorados se guardan en una memoria de medición 22. Durante el
procesamiento, de los valores de medición explorados y guardados en
la memoria de medición 22 en el ciclo anterior, se calcula en el
dispositivo 25 de cálculo del valor efectivo un valor efectivo y se
compara en un comparador 28 con una curva característica de
protección 26. A continuación se emite una señal conforme al número
admisible de ciclos para este valor efectivo. Si de la comparación
del número admisible de ciclos y del número actual de ciclos,
procedente de un contador de ciclos en el comparador 28 resulta que
se excede el número máximo admisible de ciclos, para un determinado
valor efectivo, como reacción a la señal de salida del comparador
28, mediante el modulador y conjunto de control 5 se reduce el
grado de modulación del convertidor de potencia según un
procedimiento apropiado. El contador de ciclos 27 se reposiciona
(reset) cuando el valor efectivo desciende por debajo del nivel
actual de la curva característica de protección 26 o lo excede, es
decir, el contador se reposiciona a cero cada vez que se produce
uno de estos dos sucesos.
La limitación de la corriente efectiva
anteriormente descrita es por lo tanto en principio una supervisión
de un número de semioscilaciones nHS para un determinado valor
efectivo IHSRn máximo admisible, por ejemplo 300 A, de la corriente
IHSRn en la salida del convertidor de potencia de servicios
auxiliares HSR. Cuando se supera el número máximo admisible nHSR de
semioscilaciones, que es por ejemplo 1, para el determinado valor
efectivo IHSRn, el modulador y conjunto de control 5 reduce el grado
de modulación del convertidor de potencia según un procedimiento
apropiado. Con IHSRn se denomina el valor umbral de la corriente
efectiva en los conductores externos del convertidor de potencia de
servicios auxiliares HSR y con nHS el valor del número admisible de
semioscilaciones de las corrientes en los conductores externos del
convertidor de potencia de servicios auxiliares HSR que puede
producirse.
Tal como se muestra en la figura 1 con el
símbolo de referencia 3, en paralelo al desarrollo temporal de la
corriente alterna iHSR a limitar existe una señal de ciclo no
necesariamente equifásica. Tal como se ha mencionado anteriormente,
durante cada semiperiodo de la señal de ciclo se llevan a cabo
simultáneamente en procesos por separado la medición y el
procesamiento. Durante cada cambio de la señal de ciclo, los valores
reales de la corriente explorados se desplazan de la memoria 22 de
valores de medición a la memoria de procesamiento 24, se
reposiciona la memoria de valores de medición y se reinicia el
proceso de medición y procesamiento.
Asimismo, el dispositivo conforme a la invención
para la protección de convertidores de potencia contra sobrecarga
comprende un dispositivo para la limitación del tiempo (no
representado) que está realizado preferentemente por separado o
también en el dispositivo 2 para la limitación del valor efectivo.
Esto significa que el modo de sobrecarga del convertidor de
potencia de servicios auxiliares se mantiene sólo durante un tiempo
limitado. Si el circuito eléctrico sobrecargado o cortocircuitado
no se desconecta durante un tiempo determinado, el convertidor de
potencia de servicios auxiliares HSR se bloquea como reacción a una
señal de salida del dispositivo para la limitación del
tiempo.
tiempo.
A continuación se representan en forma de lista
los casos en los cuales el dispositivo de limitación del tiempo
bloquea el convertidor de potencia de servicios auxiliares HSR.
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Caso
1
La presión del refrigerante desciende por debajo
de un valor predeterminado KDR2, por ejemplo 750 hPa, durante un
tiempo TWAITDR2, por ejemplo 1 s. TWAITDR2 es por lo tanto un tiempo
de espera predeterminado después de un descenso de la presión en el
circuito de refrigerante por debajo del valor inferior de la presión
KDR2 antes de la activación de una medida de protección
correspondiente.
Caso
2
El valor efectivo de la corriente en la salida
del puente de corriente trifásica del convertidor de potencia de
servicios auxiliares sobrepasa un valor IHSRMAX, por ejemplo 250 A,
continuamente durante un tiempo TWAITOLH, por ejemplo 2 s. IHSRMAX
es un valor umbral de las corrientes efectivas en los conductores
externos del convertidor de potencia de servicios auxiliares que no
debe sobrepasarse durante un tiempo más largo que TWAITOLH. El
valor IHSRMAX es siempre inferior a IHSRn. El valor TWAITOLH
denomina el tiempo de espera después de haberse superado la
corriente efectiva IHSRMAX en uno de los conductores externos del
convertidor de potencia de servicios auxiliares hasta la activación
de una medida de protección correspondiente. Con cada activación del
umbral de disparo IHSRMAX se inicia de nuevo el tiempo TWAITOLH.
Este tiempo se reposiciona cada vez que la corriente desciende por
debajo del umbral correspondiente.
Caso
3
Se excede el número máximo de activaciones del
umbral de disparo IHSRMAX en una ventana de tiempo
TWAITKSH, por ejemplo 4 s. TWAITKSH denomina una ventana de tiempo para determinar el número de activaciones del umbral de disparo IHSRMAX. Esta ventana de tiempo se inicia después de haberse excedido el umbral de disparo IHSRMAX y se reposiciona sólo después de haber transcurrido el tiempo TWAITKSH. Además, con ANZIHSRMAX se denomina un número de activaciones del umbral de disparo IHSRMAX, por ejemplo 25 veces, durante el tiempo de ventana TWAITKSH.
TWAITKSH, por ejemplo 4 s. TWAITKSH denomina una ventana de tiempo para determinar el número de activaciones del umbral de disparo IHSRMAX. Esta ventana de tiempo se inicia después de haberse excedido el umbral de disparo IHSRMAX y se reposiciona sólo después de haber transcurrido el tiempo TWAITKSH. Además, con ANZIHSRMAX se denomina un número de activaciones del umbral de disparo IHSRMAX, por ejemplo 25 veces, durante el tiempo de ventana TWAITKSH.
La protección de convertidores de potencia
contra sobrecarga conforme a la invención puede aplicarse por
ejemplo en una locomotora con dos convertidores de potencia de
tracción, cada uno con un convertidor de potencia de servicios
auxiliares HSR integrado. Un convertidor de potencia de servicios
auxiliares HSR genera una tensión trifásica variable y el otro una
tensión trifásica fija para la alimentación de los servicios
auxiliares de la locomotora y del tren.
En el caso de un cortocircuito, el convertidor
de potencia de servicios auxiliares HSR suministra de forma
temporalmente limitada su corriente momentánea máxima posible para
que los interruptores de protección puedan cumplir con su función
de desconectar en un intervalo lo más breve posible el circuito
eléctrico sobrecargado o cortocircuitado.
A continuación se describen más detalladamente
sólo los procesos relevantes del dispositivo de protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga conforme a la invención
como conexiones de cargas, sobrecarga y cortocircuito en la red de
servicios auxiliares entre otros con referencia a las figuras 4 y
5.
No obstante, en primer lugar se explican en
general estos procesos relevantes.
En el caso de cortocircuitos que se producen en
la zona entre la salida del puente de corriente trifásica del
convertidor de potencia de servicios auxiliares HSR y el lado
secundario del transformador, es decir antes de los dispositivos de
protección, se desconecta el convertidor de potencia SR completo. En
estos casos se admite una interrupción del servicio del convertidor
de potencia SR completo, ya que de otra manera podrían producirse
daños de mayor alcance en el convertidor de potencia completo.
A continuación se explica más detalladamente el
comportamiento dinámico del convertidor de potencia de servicios
auxiliares HSR con uso de la instalación de protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga conforme a la
invención.
En los modos de servicio regulares, es decir,
durante la conexión de cargas en la red de servicios auxiliares,
por ejemplo de ventiladores, compresores, bombas, etc. no se
producen intervenciones de protección, ya que estas conexiones de
carga se llevan a cabo en el vehículo de forma minimizada y
temporalmente escalonada de tal manera que la corriente en la
salida del convertidor de potencia de servicios auxiliares HSR no
alcanza el umbral de disparo de protección IHSRn.
Pero el comportamiento es distinto en los modos
de servicio especiales, es decir, en el caso de sobrecarga o cuando
se produce un cortocircuito.
En el caso de una sobrecarga del convertidor de
potencia de servicios auxiliares HSR, la corriente efectiva
I_{eff} en la salida del puente de corriente trifásica del
convertidor de potencia de servicios auxiliares excede el umbral de
disparo IHSRMAX. A continuación pueden darse dos casos alternativos,
dependiendo de si la corriente excede o no también el umbral de
disparo IHSRn.
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Caso
1
Cuando en un primer caso la corriente efectiva
I_{eff} en la salida del puente de corriente trifásica del
convertidor de potencia de servicios auxiliares excede también el
umbral de disparo IHSRn, pueden darse nuevamente dos casos
alternativos a) y b).
Caso
1a
En este caso se desconecta la sobrecarga en el
circuito eléctrico sobrecargado mediante un interruptor de
protección durante un tiempo de espera TWAITKSH. La medida de
protección correspondiente es por lo tanto una intervención en la
limitación de la corriente efectiva mediante desconexión del
cortocircuito por el interruptor de protección. A continuación, la
tensión de salida del convertidor de potencia de servicios
auxiliares se aumenta siguiendo una rampa hasta el valor nominal.
De esta manera es posible un servicio ininterrumpido del
convertidor de potencia de tracción TSR y del convertidor de
potencia de servicios auxiliares HSR con una caída breve de la
tensión en la red de servicios auxiliares con una duración máxima de
500 ms.
Caso
1b
En este caso no se lleva a cabo una desconexión
de la sobrecarga en el circuito eléctrico sobrecargado mediante el
interruptor de protección durante el tiempo de espera TWAITKSH. Como
medida de protección se lleva a cabo a continuación una
intervención en la limitación de la corriente efectiva, originándose
un bloqueo de válvulas del convertidor de potencia de servicios
auxiliares HSR completo debido a que se excede el número de
activaciones IHSRMAX en la ventana de tiempo TWAITKSH. En este caso
se produce como consecuencia una interrupción del servicio del
convertidor de potencia de tracción TSR.
\newpage
Caso
2
Cuando en el caso 2 la corriente efectiva
I_{eff} en la salida del puente de corriente trifásica del
convertidor de potencia de servicios auxiliares no alcanza el
umbral de disparo IHSRn pueden darse también dos casos alternativos
a) y b).
Caso
2a
La sobrecarga en el circuito eléctrico
sobrecargado se desconecta mediante el interruptor de protección
durante el tiempo de espera TWAITOLH, por lo que la medida de
protección de desconexión del cortocircuito está realizada por el
interruptor de protección y se permite un servicio ininterrumpido
del convertidor de potencia de tracción TSR y del convertidor de
potencia de servicios auxiliares HSR.
Caso
2b
La sobrecarga en el circuito eléctrico
sobrecargado no se desconecta durante el tiempo de espera TWAITOLH
mediante el interruptor de protección por lo que, una vez
transcurrido el tiempo de espera TWAITOLH se origina como medida de
protección un bloqueo de válvulas del convertidor de potencia de
servicios auxiliares HSR completo, lo que conlleva una interrupción
del servicio del convertidor de potencia de tracción TSR.
Otro caso resulta de un cortocircuito en un
circuito eléctrico de la red de servicios auxiliares que produce
una caída de la tensión en la red de servicios auxiliares y un fallo
de la bomba de refrigerante. Nuevamente se dan dos casos distintos
en función de si el cortocircuito se desconecta o no mediante el
interruptor de protección dentro del tiempo de espera TWAITDR2. En
la figura 4 se muestra el desarrollo de la presión de bomba y de la
corriente efectiva para los casos de cortocircuito "el interruptor
de protección se abre" (alternativa 1) y "el interruptor de
protección no se abre" (alternativa 2).
Caso
1
En este caso se desconecta el cortocircuito en
el circuito eléctrico cortocircuitado mediante el interruptor de
protección durante un tiempo de espera TWAITDR2. Esto significa al
mismo tiempo como medida de protección una intervención en la
limitación de la corriente momentánea y/o la limitación de la
corriente efectiva mediante desconexión del cortocircuito por el
interruptor de protección. Por lo tanto, la tensión de salida del
convertidor de potencia de servicios auxiliares se aumenta de nuevo
siguiendo una rampa hasta el valor nominal. De esta manera es
posible un servicio ininterrumpido del convertidor de potencia de
tracción TSR y del convertidor de potencia de servicios auxiliares
HSR con una caída breve de la tensión en la red de servicios
auxiliares con una duración máxima
de 500 ms.
de 500 ms.
Caso
2
Conforme al caso 2, el cortocircuito en el
circuito eléctrico sobrecargado o cortocircuitado no se desconecta
mediante el interruptor de protección durante el tiempo de espera
TWAITDR2. Por lo tanto, como medida de protección se lleva a cabo
una intervención de la limitación de la corriente momentánea y/o una
limitación de la corriente efectiva, de modo que al superar el
número de intervenciones THZVS en la ventana de tiempo t1, o al
superar el número de ventanas de tiempo ANZTt1 en la ventana de
tiempo t2, o debido a la expiración del tiempo de espera TWAITTDR2
se origina un bloqueo de válvulas del convertidor de potencia de
servicios auxiliares HSR completo. Por lo tanto, como consecuencia
se produce una interrupción del servicio del convertidor de potencia
de tracción TSR.
Además puede darse un caso en el cual se produce
un cortocircuito en el circuito eléctrico de la red de servicios
auxiliares sin bomba de refrigerante conectada, como consecuencia
del cual se produce una caída de la tensión en la red de servicios
auxiliares. Pueden darse nuevamente dos casos alternativos, es
decir, el caso de que el cortocircuito se desconecta y el caso de
que este no se desconecta. En la figura 5 se muestra el desarrollo
de la presión de bomba y de la corriente efectiva en función del
tiempo para los dos casos de cortocircuito "el interruptor de
protección se abre" y "el interruptor de protección no se
abre".
Caso
1
Cuando en este caso el interruptor de protección
desconecta el cortocircuito en el circuito eléctrico cortocircuitado
dentro del tiempo de espera TWAITKSH, el interruptor de protección
realiza la medida de protección de la intervención de la limitación
de la corriente momentánea y/o de la limitación de la corriente
efectiva mediante desconexión del cortocircuito. La tensión de
salida del convertidor de potencia de servicios auxiliares se
aumenta nuevamente siguiendo una rampa hasta el valor nominal. Por
lo tanto se realiza un servicio ininterrumpido con una breve caída
de la tensión en la red de servicios auxiliares con una duración
máxima de 500 ms.
Caso
2
En este caso, el cortocircuito en el circuito
eléctrico cortocircuitado no se desconecta mediante el interruptor
de protección durante el tiempo de espera TWAITKSH. La medida de
protección resultante es una intervención de la limitación de la
corriente momentánea y/o de la limitación de la corriente efectiva
que origina un bloqueo de válvulas del convertidor de potencia de
servicios auxiliares HSR completo cuando se supera el número de
intervenciones THZVS en la ventana de tiempo t1 o cuando se supera
el número de ventanas de tiempo ANZTt1 en la ventana de tiempo t2 o
cuando se supera el número de activaciones de IHSRMAX en la ventana
de tiempo TWAITKSH. Por lo tanto, como consecuencia se produce una
interrupción del servicio del convertidor de potencia de tracción
TSR.
Con respecto al comportamiento el dispositivo
conforme a la invención para la protección de convertidores de
potencia contra sobrecarga, por ejemplo en el caso de cortocircuitos
en la red de servicios auxiliares, puede constatarse lo
siguiente:
- 1)
- Cortocircuitos en la zona entre el lado de corriente alterna del puente de corriente trifásica del convertidor de potencia de servicios auxiliares y las entradas de los interruptores de protección en el lado secundario del transformador conllevan un bloqueo total SVS de válvulas del convertidor de potencia seguido de una interrupción del servicio del convertidor de potencia de tracción TSR y del convertidor de potencia de servicios auxiliares HSR.
- 2)
- Cortocircuitos en la zona de baja tensión de la red de servicios auxiliares a continuación de los interruptores de protección tienen como consecuencia sólo una caída transitoria de la tensión en la red de servicios auxiliares en el caso de una activación de los interruptores de protección. Cuando los interruptores de protección no se activan, se produce una interrupción del servicio del convertidor de potencia de tracción TSR y del convertidor de potencia de servicios auxiliares HSR.
De esta manera es posible evitar fiablemente
daños en los convertidores de potencia incluso en el caso de un
fallo en los interruptores de protección.
En resumidas cuentas, la presente invención da a
conocer una instalación para la protección de convertidores de
potencia contra sobrecarga con la que pueden evitarse fiablemente
daños en los convertidores de potencia incluso en el caso de mal
funcionamiento de los interruptores de protección, desconectándose
en un tiempo mínimo un circuito eléctrico sobrecargado o
cortocircuitado. Para este fin, el dispositivo comprende un
dispositivo 1 para la limitación de la corriente momentánea, un
dispositivo 2 para la limitación de la corriente efectiva así como
un dispositivo para la limitación del tiempo. El dispositivo 1 para
la limitación de la corriente momentánea inicia un bloqueo de
válvulas del convertidor de potencia cuando se supera un valor
umbral de una multiplicidad de valores umbral y se bloquean todos
los pares de ramas en vez de sólo un par de ramas. El dispositivo 2
para la limitación de la corriente efectiva determina cuando el
valor efectivo calculado de la corriente de fase en la salida del
convertidor de potencia de servicios auxiliares excede un valor
umbral y activa a continuación una reducción del grado de
modulación del convertidor de potencia. El dispositivo de
limitación del tiempo garantiza que un modo de servicio de
sobrecarga del convertidor de potencia sólo se mantiene durante un
tiempo limitado. Cuando un circuito eléctrico sobrecargado o
cortocircuitado no se desconecta en un tiempo determinado, el
convertidor de potencia se bloquea como reacción a una señal de
salida del dispositivo de limitación del tiempo.
Claims (9)
1. Instalación para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga, para un convertidor de
potencia con varios pares de ramas (4), que comprende:
- un dispositivo (1) para la limitación de la corriente momentánea,
- un dispositivo (2) para la limitación de la corriente efectiva y
- un dispositivo para la limitación del tiempo,
en la que
el dispositivo (1) para la limitación de la
corriente momentánea
- (a)
- manda un dispositivo de control (5) a ejecutar como respuesta un bloqueo de una válvula de par de ramas cuando se excede un valor umbral de corriente (THZVS) para un bloqueo de una válvula de par de ramas, y manda el dispositivo de control (5) a desbloquear de nuevo el par de ramas (4) anteriormente bloqueado después de haber descendido la corriente por debajo del valor umbral de corriente (THZVS),
- (b)
- manda el dispositivo de control a ejecutar un bloqueo de válvula de convertidor de potencia (SVS) cuando se excede un valor umbral (ANZTHZVS) de un número de superaciones del valor umbral de corriente en un intervalo de tiempo predeterminado (t1) y/o se excede un valor umbral (ANZTt1) de un número de repeticiones del intervalo de tiempo predeterminado (t1),
- el dispositivo (2) de limitación de la corriente efectiva manda el dispositivo de control (5) a reducir un grado de modulación en respuesta a un resultado de la comparación de un número máximo admisible de ciclos de un valor efectivo predeterminado de la corriente de fase y de un número actual de ciclos al rebasar el número máximo admisible de ciclos, y
- el dispositivo para la limitación del tiempo manda el dispositivo de control (5) a ejecutar como respuesta un bloqueo de válvula de convertidor (SVS) cuando se excede permanentemente un valor efectivo máximo de la corriente (IHSRMAX) durante un intervalo de tiempo predeterminado (TWAITOLH) y/o cuando la presión desciende permanentemente por debajo de un valor mínimo de presión (KDR2) en un circuito de refrigerante durante un intervalo de tiempo predeterminado (TWAITDR2) y/o cuando se excede un número máximo admisible de activaciones del valor efectivo máximo de la corriente (IHSRMAX) durante un intervalo de tiempo predeterminado (TWAITKSH) y/o cuando se excede permanentemente otro valor umbral durante un intervalo de tiempo predeterminado, lo que ocurre cuando un interruptor de protección no ha reaccionado.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Instalación para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga de acuerdo con la
reivindicación 1, comprendiendo el dispositivo (1) para la
limitación de la corriente momentánea un comparador (11) que,
después de que una corriente alterna de un par de ramas ha excedido
el valor umbral de corriente (THZVS) para un bloqueo de la válvula
de par de ramas (ZVS), manda el dispositivo de control (5) bloquear
las válvulas de un par de ramas y, reaccionando a que a
continuación la corriente desciende por debajo del valor umbral de
corriente (THZVS), manda el dispositivo de control a desbloquear de
nuevo la conmutación de este par de ramas (4) por el reloj.
3. Instalación para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, comprendiendo el dispositivo (1) para la
limitación de la corriente momentánea un regulador de dos
posiciones con una supervisión subordinada del número de
intervenciones de este regulador de dos posiciones que actúa de
forma selectiva sobre el estado de conmutación de cada par de ramas
(4).
4. Instalación para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga de acuerdo con la
reivindicación 3, estando configuradas para la supervisión del
número de intervenciones del regulador de dos posiciones dos
ventanas de tiempo (t1, t2) en las cuales en la primera ventana (t1)
se cuenta el número de intervenciones del valor umbral de corriente
(THZVS) y en la segunda ventana (t2) se cuenta el número de
repeticiones de la primera ventana de tiempo (t1).
5. Instalación para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga de acuerdo con la
reivindicación 4, estando configurados como ventanas de tiempo dos
monoflops (12, 13), que no se pueden reiniciar, con los tiempos t1
y t2 conforme a la magnitud de la primera y de la segunda
ventana.
6. Instalación para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga de acuerdo con una de
las reivindicaciones 1 a 5, comprendiendo el dispositivo (2) para
la limitación de la corriente efectiva un dispositivo de medición
para la exploración de la corriente de fase y para guardar estos
valores de exploración, así como un dispositivo de procesamiento
para calcular un valor efectivo en base a los valores de exploración
guardados y para comparar un número máximo admisible de ciclos de
un determinado valor efectivo con el número actual de ciclos del
valor efectivo determinado.
7. Instalación para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga de acuerdo con la
reivindicación 6, comprendiendo el dispositivo de medición un
dispositivo de exploración (21) para la exploración de la corriente
de fase y la emisión de valores de fase, así como un dispositivo
(22) de memoria de medición para guardar los valores de fase
emitidos por el dispositivo de exploración.
8. Instalación para la protección de
convertidores de potencia contra sobrecarga de acuerdo con la
reivindicación 6 ó 7, comprendiendo el dispositivo de procesamiento
un dispositivo para calcular un valor efectivo, un comparador (28)
para la comparación de un número máximo admisible de ciclos con el
número actual de ciclos determinado mediante un contador de ciclos
(27) que reacciona a un reloj de ciclo, determinándose en base al
valor efectivo calculado el número máximo admisible de ciclos
mediante una curva característica de protección (26), y emitiéndose
una señal para la reducción del grado de modulación cuando está
rebasado el número máximo admisible de ciclos.
9. Procedimiento para la protección contra
sobrecarga de un convertidor de potencia con varios pares de ramas
(4), comprendiendo una limitación de la corriente momentánea, una
limitación de la corriente efectiva y una limitación del tiempo,
según el cual
para la limitación de la corriente
momentánea
- (a)
- se manda un dispositivo de control (5) a ejecutar un bloqueo de válvulas de un par de ramas como respuesta cuando se excede un valor umbral de corriente (THZVS) para un bloqueo de válvulas de un par de ramas, y manda el dispositivo de control (5) a desbloquear de nuevo el par de ramas (4) anteriormente bloqueado después de haber descendido la corriente por debajo del valor umbral de corriente (THZVS),
- (b)
- se manda el dispositivo de control a ejecutar como respuesta un bloqueo de válvula de convertidor de potencia (SVS) cuando se excede un valor umbral (ANZTHZVS) de un número de superaciones del valor umbral de corriente en un intervalo de tiempo predeterminado (t1) y/o se excede un valor umbral (ANZTt1) de un número de repeticiones del intervalo de tiempo predeterminado (t1),
para la limitación de la corriente efectiva
se manda el dispositivo de control (5) a reducir
un grado de modulación en respuesta a un resultado de la
comparación de un número máximo admisible de ciclos de un valor
efectivo predeterminado de la corriente de fase y de un número
actual de ciclos cuando se excede el número máximo admisible de
ciclos, y
para la limitación del tiempo
se manda el dispositivo de control (5) a
ejecutar como respuesta un bloqueo de válvula de convertidor (SVS)
cuando se excede permanentemente un valor efectivo máximo de la
corriente (IHSRMAX) durante un intervalo de tiempo predeterminado
(TWAITOLH) y/o cuando la presión desciende permanentemente por
debajo de un valor mínimo de presión (KDR2) en un circuito de
refrigerante durante un intervalo de tiempo predeterminado
(TWAITDR2) y/o cuando se excede un número máximo admisible de
activaciones del valor efectivo máximo de la corriente (IHSRMAX)
durante un intervalo de tiempo predeterminado (TWAITKSH) y/o cuando
se excede permanentemente otro valor umbral durante un intervalo de
tiempo predeterminado, lo que ocurre cuando un interruptor de
protección no ha reaccionado.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE19962615A DE19962615A1 (de) | 1999-12-23 | 1999-12-23 | Einrichtung und Verfahren zum Stromrichter-Überlastschutz |
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