ES2322407T3 - Un metodo y un circuito para inversion por resonancia. - Google Patents
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Abstract
Un inversor por resonancia, que comprende: - un circuito de resonancia con al menos una inductancia (12; 32) y un condensador (14; 30), - un circuito generador de impulsos (12'', 15; 32'', 31) para alimentar energía al circuito de resonancia, - un circuito de interruptores o conmutadores (21-26; 300) conectado eléctricamente al circuito de resonancia y que comprende al menos un componente electrónico de potencia, - un circuito de control para controlar cada componente electrónico de potencia de acuerdo con una estrategia o un algoritmo de control dado, estando dicho circuito de control conectado eléctricamente al circuito de interruptores, caracterizado porque el circuito generador de impulsos (12'', 15; 32'', 31) tiene al menos una inductancia de control (12''; 32'') que está acoplada inductivamente a, por lo menos, una de las inductancias (12; 32) del circuito de resonancia.
Description
Un método y un circuito para inversión por
resonancia.
El invento se refiere a un inversor por
resonancia como se define en la parte de introducción de la
reivindicación 1, y a un método de mantener una oscilación en un
circuito de resonancia de un inversor por resonancia como se define
en la parte de introducción de la reivindicación 6.
La memoria descriptiva de la patente
norteamericana núm. 5.111.374 describe un inversor por resonancia
del tipo de cortocircuito. El inversor por resonancia descrito en
la memoria descriptiva de la patente comprende una fuente de
voltaje o una barra de distribución (bus) de corriente continua (CC)
con un circuito de resonancia asociado que, a su vez, puede
alimentar a un circuito de interruptores o conmutadores asociado, o
ser alimentado por él, consistente en una pluralidad de
interruptores o conmutadores de potencia, cada uno de ellos dotado
de diodos acoplados en antiparalelo.
Sin embargo, el circuito anteriormente
mencionado tiene el inconveniente de que el mantenimiento de una
oscilación de resonancia en la parte de resonancia del circuito es
complicado e inconveniente. Así, la oscilación resonante es
iniciada y mantenida cortocircuitando el condensador de resonancia.
En primer lugar, los interruptores de potencia están sometidos a
tensiones mecánicas que son particularmente pronunciadas cuando se
inicia una oscilación que, permaneciendo constante todo lo demás,
influye sobre la vida útil en servicio del inversor. En segundo
lugar, el margen de aplicación está limitado en lo que respecta al
voltaje máximo que puede conseguirse y, en tercer lugar, el método
de cortocircuitar utilizado requiere un constante control exhaustivo
del estado de oscilación del circuito de
resonancia.
resonancia.
Otro problema que surge en este contexto reside
en la determinación de cuándo han de ponerse en conducción y fuera
de conducción los interruptores del inversor por resonancia, ya que
no ocurre que se consiga, en absoluto, una referencia de umbral
dada, por ejemplo, 0 V a través de los interruptores, en el curso de
la oscilación en cuestión. Así, es extremadamente difícil y
engorroso sincronizar el control de los interruptores con la
oscilación del circuito de resonancia.
El documento norteamericano 5559685 describe un
inversor por resonancia dotado de las características técnicas
contenidas en el preámbulo de la reivindicación 1.
El invento está definido por un inversor por
resonancia con las características técnicas de la reivindicación 1
independiente y por un método de mantener una oscilación de un
inversor resonante con las características de la reivindicación 6
independiente.
Cuando, como se establece en la reivindicación
1, el inversor por resonancia comprende, además, un circuito
generador de impulsos que tiene, al menos, una inductancia de
control que está acoplada inductivamente a, por lo menos, una de
las inductancias del circuito de resonancia, se garantiza que pueda
alimentarse energía al circuito de resonancia desde un circuito
generador de impulsos a través de un acoplamiento inductivo. A
consecuencia de esto, el circuito de resonancia puede iniciarse y
controlarse de forma muy específica para un curso de oscilación
deseado, sin importar si se desea la iniciación de una oscilación
del circuito de resonancia o de si ha de mantenerse ésta de manera
sencilla.
El invento permite, así, controlar de forma
sencilla el circuito de resonancia, evitando por tanto las tensiones
mecánicas sobre los componentes, las caídas frecuentes de potencia
y la consiguiente nueva puesta en marcha del circuito.
Además, ha de observarse que los transitorios
indeseados pueden amortiguarse en forma óptima o pueden evitarse
por completo, al no producirse bruscos saltos de voltaje debidos,
por ejemplo, a la iniciación de cortocircuitos.
Asimismo, debe observarse que un circuito de
control para controlar el estado de oscilación del circuito de
resonancia, puede simplificarse considerablemente, ya que puede
hacerse que una oscilación del circuito de resonancia sea
autorregulable, por así decirlo.
Así, de acuerdo con un aspecto del invento, es
posible evitar la situación en que las oscilaciones del circuito de
resonancia cesen por completo, ya que la oscilación no cae hasta 0 V
en su estado de oscilación más bajo.
Además, debe observarse que el control, muy
sencillo, del circuito de resonancia proporciona una salida
uniforme, muy predecible y reproducible del circuito de resonancia
y, por tanto, puede simplificarse el algoritmo de control para el
circuito de interruptores. Una de las razones para ello es que los
cruces por cero en la salida del circuito de resonancia
proporcionan una base muy simple para detección y control.
Además, el invento permite que el circuito de
control sea aislado galvánicamente del propio circuito de resonancia
del inversor.
Cuando el circuito generador de impulsos se
acopla inductivamente al circuito de resonancia, se garantiza
además que las propiedades físicas del circuito de resonancia puedan
controlar la generación de impulsos, por ejemplo, permitiendo que
la generación de impulsos dependa del signo del voltaje de la
inductancia del circuito de oscila-
ción.
ción.
Así, de acuerdo con otro aspecto del invento, es
posible conseguir una eficacia muy alta, ya que el circuito de
resonancia puede aplicarse en forma óptima de tal modo que los
interruptores del circuito de interruptores tengan pérdidas mínimas
por oscilación, ya que el cambio de conducción/fuera de conducción,
puede realizarse óptimamente a 0 V, igual que puede obtenerse un
dv/dt mínimo para cada interruptor.
El invento hace así posible compensar las
pérdidas óhmicas en el circuito de resonancia alimentando energía
inductivamente al circuito de resonancia.
De acuerdo con otro aspecto del invento, es
posible también llevar a cabo una puesta en marcha "blanda" de
la oscilación de resonancia del circuito, de manera que la
oscilación de resonancia deseada se consiga tras un período de
tiempo razonable sin transitorios ni sobreimpulsos desagradables, al
igual que es posible mantener la oscilación con una alimentación de
energía mínima.
Además, debe observarse que, en principio, el
inversor por resonancia puede estar dispuesto para que sea
bidireccional.
Se pueden formar, por ejemplo, componentes
electrónicos de potencia, mediante transistores bipolares,
tiristores con desconexión por su electrodo de mando (GTO),
transistores bipolares con electrodo de mando aislado (IGBT) o
similares.
Cuando, como se indica en la reivindicación 2,
los componentes electrónicos de potencia del inversor por resonancia
están acoplados en antiparalelo a, por lo menos, un diodo, se
consigue una realización particularmente ventajosa del invento, ya
que los diodos acoplados en antiparalelo le comunican,
ventajosamente, propiedades bidireccionales al sistema.
Cuando, como se indica en la reivindicación 3,
el circuito comprende, además, un circuito de interruptores que
tiene, al menos, un componente electrónico de potencia, estando
conectado eléctricamente dicho circuito de interruptores al
circuito de resonancia del inversor por resonancia, de forma que el
circuito de resonancia se conecte a, por lo menos, dos circuitos de
interruptores, comprendiendo también dicho circuito de resonancia
al menos una capacitancia de acumulación de CC, se obtiene un
convertidor de CA-CC-CA (corriente
alterna-corriente
continua-corriente alterna), capaz de conectar
bidireccionalmente dos redes o generadores de CA a través de la
capacitancia de acumulación de CC, en forma en sí conocida.
Así, de acuerdo con otro aspecto del invento, es
posible conseguir un acoplamiento dinámico y libre o casi libre de
transitorios entre dos redes de CA con pérdidas de potencia
mínimas.
Si se desea una conexión bidireccional entre
cada lado de CA, se apreciará que los interruptores individuales de
los circuitos de interruptores, han de ser bidireccionales.
Cuando, como se indica en la reivindicación 4,
el circuito generador de frecuencia comprende medios para detectar
el signo del voltaje ya sea en una inductancia de control y/o al
menos una de las inductancias del circuito de resonancia,
comprendiendo dicho circuito generador de frecuencia medios para
generar impulsos de corriente en, por lo menos, una inductancia de
control de forma que la intensidad y el voltaje de la o las
inductancias de control estén en fase, total o parcialmente, es
posible, de forma sencilla, iniciar, controlar y mantener
oscilaciones en el circuito de resonancia, ya que la propiedad de
oscilación natural del circuito de resonancia y, especialmente, el
estado de oscilación real del circuito de resonancia, determinan el
transitorio a través del acoplamiento inductivo entre la
inductancia del circuito de resonancia y la inductancia del circuito
generador de impulsos.
La cuestión decisiva es, así, que la energía se
transmite desde el circuito generador de impulsos al circuito de
resonancia en, por lo menos, parte del período de oscilación.
Cuando el circuito generador de impulsos emite
corriente dependiendo de la fase del voltaje a través de una de las
inductancias antes mencionadas, se obtiene así una alimentación
directa y una realimentación dobles, combinadas, entre el circuito
generador de impulsos y el circuito de resonancia.
Además, hay que hacer observar que, de acuerdo
con la presente realización, es extremadamente sencillo construir
los medios para detectar el signo del voltaje en la inductancia de
control, ya que esto puede hacerse simplemente por medio de un
único comparador que se acople a los arrollamientos de la
inductancia de control.
\newpage
Además, debe observarse que la presente
realización es extremadamente sencilla y elegante cuando se
construye de forma exclusivamente aislada galvánicamente del
circuito de resonancia, ya que esto puede conseguirse con
componentes electrónicos de baja potencia que solamente estén
cargados con bajo voltaje.
En ciertos circuitos, se preferirá, de acuerdo
con el invento, que en la inductancia de control se alimente una
corriente en fase de voltaje positivo, mientras que no se alimente
corriente cuando el voltaje es negativo a través de la inductancia
de control, garantizando así que prácticamente toda la transmisión
de energía tenga lugar desde la inductancia de control a la
inductancia de resonancia.
Cuando, como se indica en la reivindicación 5,
el inversor por resonancia comprende medios para detectar que el
voltaje en la salida del circuito de resonancia es cero o
aproximadamente cero, estando dichos medios conectados
eléctricamente al circuito de control, estando destinado dicho
circuito de control adaptado a emitir, precisamente, señales de
puesta en conducción/fuera de conducción al circuito de
interruptores cuando los medios detectores han detectado que el
voltaje es cero o aproximadamente cero, se consigue una realización
ventajosa del invento, ya que el control del circuito de
interruptores puede sincronizarse en forma sencilla con las
oscilaciones del circuito de resonancia.
En este caso, también, ha de observarse que el
circuito de detección y control puede construirse de manera muy
simple ya que los estados de oscilación del circuito de resonancia
son muy predecibles y uniformes, de manera que un simple cruce por
cero en la salida del circuito de resonancia constituirá, con
frecuencia, un parámetro de entrada suficiente para un circuito de
control que puede entonces poner en conducción y fuera de
conducción, subsiguientemente, los interruptores individuales.
Se apreciará que las señales de control no son
emitidas, necesariamente cada vez que se detecte un voltaje cero en
la salida del circuito de resonancia.
Debe observarse también que, de acuerdo con un
aspecto más del invento, es posible detectar un cruce por cero
mediante el acoplamiento inductivo entre la inductancia de control y
la inductancia de resonancia, lo cual es único en sí, ya que el
cruce por cero en la parte de alto voltaje del circuito de
resonancia puede así deducirse de una detección de corriente en la
inductancia de control y el conocimiento del circuito de resonancia.
Esto simplifica más todo el sistema, lo que hace posible un diseño
más robusto y también más económico de un inversor, puesto que
todos los circuitos de detección pueden disponerse en el lado del
primario o, más particularmente, el lado de baja tensión del
acoplamiento inductivo entre el circuito de resonancia y el circuito
generador de frecuencia.
Cuando, como se establece en la reivindicación
6, se transmite energía al circuito de resonancia a través del
acoplamiento inductivo con al menos una de las inductancias del
circuito de resonancia, se consigue un control y un mantenimiento
ventajosos de la oscilación de resonancia del circuito de
resonancia.
Cuando, como se indica en la reivindicación 7,
la energía transmitida a las inductancias del circuito de resonancia
corresponde sustancialmente a la pérdida óhmica del circuito de
resonancia, se consigue una realización particularmente ventajosa
del invento, ya que el invento permite la alimentación específica de
la energía que es realmente necesaria para mantener una oscilación
en el circuito de resonancia.
En muchos casos en la práctica será necesario o
ventajoso alimentar una energía que sea mayor que la que corresponde
a la pérdida óhmica.
El invento se describirá más completamente en lo
que sigue con referencia a los dibujos, en los que
la fig. 1 muestra un esquema explicativo de un
inversor por resonancia de CC-CA de acuerdo con el
invento,
la fig. 2 ilustra otra realización del invento
en forma de un inversor por resonancia de
CA-CC-CA,
la fig. 3 muestra una estructura más detallada
de un convertidor por resonancia de CC-CA de acuerdo
con el invento, y
la fig. 4 representa el transitorio de un
convertidor por resonancia correspondiente al mostrado en la fig.
3, de acuerdo con el invento.
La fig. 1 muestra un esquema explicativo de una
realización de acuerdo con el invento.
La realización mostrada es un inversor por
resonancia de CC-CA que tiene una salida
trifásica.
El inversor por resonancia está formado por una
fuente de voltaje de CC, 10, uno de cuyos terminales está conectado
a la tierra 11 mientras que el otro terminal está conectado a la
entrada de un circuito de resonancia que está formado por una
inductancia 12 conectada en serie con una resistencia 13 que está
conectada a la tierra 11 a través de un condensador de resonancia
14.
El circuito de resonancia del inversor mostrado
está así formado por la inductancia 12 y el condensador 14
conectado a ella, mientras que la resistencia 13 forma la atenuación
del circuito.
La puerta A del circuito de resonancia está
conectada a un circuito de interruptores que consiste en seis IGBT
21-26, así como diodos asociados
21'-26', acoplados en antiparalelo. A este respecto,
debe señalarse que pueden utilizarse muchos otros tipos de
interruptores de potencia, al igual que el circuito mostrado puede
construirse de manera conocida con cualquier número de fases
deseado.
Todos los IGBT 21-26 del
circuito de interruptores están conectados a un circuito de control
(no mostrado), que pone a los IGBT individuales en conducción y
fuera de conducción de acuerdo con un algoritmo de control dado.
Sin embargo, se apreciará que los interruptores
21-26 del circuito de interruptores son
deseablemente puestos en conducción y fuera de conducción cuando no
existe voltaje a través de ellos, de forma que se evitan las
pérdidas de potencia y las tensiones mecánicas en los
componentes.
El inversor por resonancia ilustrado tiene
además tres salidas 16, 17 y 18 que pueden estar conectadas
exteriormente, según se desee.
La inductancia 12 está, finalmente, conectada
inductivamente a un circuito generador de impulsos a través de una
inductancia 12' que es alimentada por un generador de impulsos
15.
El ejemplo representado puede ser, por ejemplo,
un control para la generación de impulsos de control para un motor
de inducción.
La función del anterior circuito es, por tanto,
que la fuente de voltaje 10 proporcione un voltaje de CC dado que,
a través del circuito de resonancia consistente en la inductancia
12, la resistencia 13 y la capacitancia 14, es convertido en un
voltaje de CA de frecuencia correspondiente a la frecuencia de
resonancia del circuito de oscilación y un desfase correspondiente
al voltaje de CC.
Subsiguientemente, el circuito de interruptores
corta el voltaje de CA en la puerta A proporcionando un voltaje
pulsatorio trifásico en las salidas 16, 17 y 18, dependiendo del
circuito de control (no ilustrado).
Como se ha mencionado en lo que antecede, los
interruptores 21-26 del circuito de interruptores
serán puestos, deseablemente, en conducción y fuera de conducción
cuando no exista voltaje a través de ellos, evitándose así las
pérdidas de potencia y las tensiones mecánicas en los componentes.
Debe indicarse que este control es particularmente sencillo, de
acuerdo con el invento, ya que las oscilaciones de CA en la puerta A
están extremadamente bien definidas de acuerdo con el invento, y
los tiempos de interrupción pueden determinarse, por tanto, en
forma óptima de manera sencilla sin complicados y costosos circuitos
de medición, al igual que es posible, de acuerdo con el invento,
una interrupción sin pérdidas en los interruptores
21-26, ya que, idealmente, los voltajes de CA
pueden adoptar el valor de 0 V con el período de tiempo
perfectamente definido que es determinado por la frecuencia natural
del circuito de resonancia.
Ha de observarse también que, de acuerdo con el
invento, es posible obtener la separación galvánica entre el
circuito generador de impulsos y el circuito de resonancia en
general y que, por tanto, se consiguen ventajas considerables en
términos de selección de componentes, tensiones mecánicas de los
componentes, vida útil en servicio y dimensionamiento de los
mismos, en general.
La fig. 2 muestra otra realización de acuerdo
con el invento.
La realización ilustrada es un convertidor de CA
trifásica en CA trifásica o, más particularmente, un convertidor
por resonancia en paralelo con enlace por CC.
El inversor del invento comprende tres etapas
100, 200 y 300.
La primera etapa 100 del inversor está formada
por un conjunto de interruptores rectificadores 44, 44'; 45, 45';
46, 46' con diodos acoplados en antiparalelo asociados que pueden
estar formados, por ejemplo, por transistores bipolares. Estos
están conectados a una red de CA mediante las conexiones 47, 48 y 49
a través de inductancias 47', 48' y 49'.
La segunda etapa 200 del inversor comprende un
circuito de resonancia con una capacitancia 34 de resonancia que
está acoplada en paralelo con un acoplamiento en serie de la
inductancia 32 de resonancia y una capacitancia de circuito,
intermedia, 30. El circuito de resonancia está así acoplado en
paralelo con la primera etapa 100 del inversor.
En forma conocida, la capacitancia 34 de
resonancia y la inductancia 32 de resonancia definen la frecuencia
de resonancia del circuito de resonancia, es decir, la frecuencia a
la que el circuito de resonancia convierte el voltaje de CC
aplicado desde la etapa 1.
La capacitancia de circuito 30 intermedia sirve
como el componente de CC de la segunda etapa 200, ya que ésta,
junto con los diodos acoplados en antiparalelo de la primera etapa
100 y de la tercera etapa 300 del circuito, acomoda una carga
procedente de los diodos cuando estos conducen.
La tercera etapa 300 del inversor está formada
por un conjunto de interruptores 41, 41'; 42, 42'; 43, 43' con
diodos acoplados en antiparalelo asociados que pueden estar
formados, por ejemplo, por transistores bipolares. Estos están
conectados a, por ejemplo, un motor trifásico con inductancias 36',
37' y 38' a través de conexiones 36, 37 y
38.
38.
Cuando circula corriente desde la segunda etapa
200 hacia la tercera etapa 300, la capacitancia 30 de la segunda
etapa alimenta así una carga en las conexiones 36, 37 y 38, que es
modulada por los interruptores de la tercera etapa. En este caso,
como se ha mencionado anteriormente, la capacitancia 30 es
alimentada por las conexiones 47, 48 y 49 a través de las
inductancias 47', 48' y 49' y los diodos acoplados en antiparalelo,
así como los interruptores 44, 44', 45, 45', 46 y 46', como un
circuito rectificador activo, usual.
Cuando circula corriente desde la segunda etapa
200 hacia la primera etapa 100, la capacitancia 30 de la segunda
etapa suministra por tanto una carga en las conexiones 47, 48 y 49.
En este caso, la capacitancia 30 es alimentada por las conexiones
36, 37 y 38 a través de las inductancias 36', 37' y 38' (que, por
ejemplo, pueden ser un motor de inductancia trifásico) y los diodos
acoplados en antiparalelo, así como los interruptores 41, 41', 42,
42', 43 y 43', como un circuito inversor usual.
Se apreciará que el paso de la corriente antes
mencionada en los interruptores es controlado activamente en forma
conocida por medio de los interruptores incorporados en el circuito
de interruptores.
Así, de lo que antecede resulta evidente que el
enlace de resonancia en paralelo mostrado es bidireccional.
La inductancia 32 de resonancia está acoplada
inductivamente a una inductancia 32' que, junto con una fuente 31
de corriente, forma un circuito 200' de control de resonancia
cerrado. Se apreciará así que el circuito de resonancia real o la
segunda etapa 200 está galvánicamente separado del circuito 200' de
control de resonancia. La fuente 31 de corriente puede construirse
de forma sencilla de manera que pueda iniciar, controlar y mantener
la oscilación de resonancia en la segunda etapa mediante una
transmisión de energía inductiva desde un circuito de bajo voltaje
a un circuito con intensidades y voltajes bastante elevados.
La oscilación de resonancia del circuito de
resonancia de la segunda etapa 200 es alimentada así por la
capacitancia de circuito intermedia 30, iniciándose y manteniéndose
las oscilaciones de CA del circuito de resonancia.
La fig. 3 muestra una estructura más detallada
de un convertidor por resonancia de CC-CA de acuerdo
con el invento.
La forma básica del convertidor de
CC-CA es como se ilustra en la fig. 1.
El inversor por resonancia está formado por una
fuente 60 de voltaje de CC uno de cuyos terminales está conectado a
la tierra 61 mientras que el otro terminal está conectado a la
entrada de un circuito de resonancia que está formado por una
inductancia 62 conectada en serie con una resistencia 64 que está
conectada a la tierra 61 a través de un condensador de resonancia
64.
La inductancia 62 tiene, por ejemplo, el valor
de 150 \muH, mientras que la capacitancia 64 tiene el valor de 100
nF.
El circuito de resonancia del inversor
representado está así formado por la inductancia 62 y el condensador
64 conectado a ella, mientras que la resistencia 63 constituye las
pérdidas óhmicas del circuito de oscilación.
La puerta A del circuito de resonancia está
conectada además a un circuito de interruptores consistente en seis
IGBT 81-86, así como diodos 81'-86'
acoplados en antiparalelo, asociados. A este respecto, hay que
señalar que pueden utilizarse muchos otros tipos de interruptores
de potencia, al igual que el circuito ilustrado puede realizarse,
en forma conocida, con cualquier número de fases deseado.
Todos los IGBT 81-86 del
circuito de interruptores están conectados a un circuito de control
(no mostrado) que pone a los IGBT individuales en conducción y
fuera de conducción de acuerdo con un algoritmo de control dado.
Sin embargo, se apreciará que los interruptores
81-86 del circuito de interruptores son puestos en
conducción y fuera de conducción, deseablemente, cuando no existe
voltaje a través de ellos, evitándose por tanto las pérdidas de
potencia y las tensiones mecánicas sobre los componentes.
El circuito de resonancia mostrado tiene además
tres salidas 66, 67 y 68 que están conectadas a un motor de
inductancia trifásico.
Finalmente, la inductancia 62 está conectada
inductivamente a un circuito generador de impulsos a través de una
inductancia 62' que es alimentada por un generador de impulsos
101.
El ejemplo mostrado puede ser, por ejemplo, un
control para la generación de impulsos de control para un motor de
inducción.
El circuito generador de impulsos, que alimenta
la inductancia 62', está construido como sigue.
La inductancia 62', que alimenta energía
inductiva a la inductancia 62 del circuito de resonancia, está
conectada en serie con una inductancia 102 que representa la
inductancia de dispersión del acoplamiento mutuo entre 62 y 62'.
Los terminales de las inductancias 102 y 62'
están conectados además a resistencias de entrada 105 y 108,
respectivamente, para un comparador 109.
Las entradas del comparador están puestas a
tierra mediante un condensador 103 y una resistencia 104, así como
un condensador 106 y una resistencia 107, respectivamente.
El comparador 109 puede ser del tipo LM 311, los
condensadores 103 y 106 pueden tener el valor de 1 nF, las
resistencias 104 y 107 pueden adoptar el valor de 1 k\Omega,
mientras que las resistencias de entrada 105, 108 pueden adoptar el
valor de 50 k\Omega.
La salida del comparador puede tener el valor de
0 V o de 5 V, dependiendo del signo del voltaje de entrada. El
valor de 5 V se adopta así con un voltaje positivo a través de las
inductancias 102 y 62', y el valor de 0 V se adopta con un voltaje
negativo a través de las mismas.
La salida del comparador 109 es alimentada
subsiguientemente a una puerta NO-Y 110 cuya salida
es conectada eléctricamente con una puerta NO-Y 111
adicional y con una entrada de control 112' de un interruptor 112
mediante un transformador 121 de señales digitales.
La salida de la puerta NO-Y
adicional 111 está conectada eléctricamente a una entrada de control
113' de un interruptor adicional 113 mediante un transformador 120
de señales digitales.
Los circuitos NO-Y pueden ser,
por ejemplo, del tipo Texas 74 132.
Los transformadores de señales digitales pueden
ser, por ejemplo, del tipo TLP 250 (Toshiba) y cumplir la función
de que el voltaje de la señal de entrada sea transformado en un
voltaje superior, por ejemplo de unos 15 V en la presente
aplicación.
La entrada del interruptor 113 está parcialmente
conectada a un terminal de una fuente de alimentación 101 y
parcialmente conectada a la resistencia de entrada 108 del
comparador a través de una resistencia de compensación 114.
La función de la resistencia de compensación 114
es compensar la capacitancia parásita del transformador.
La salida del interruptor 113 se conecta en
parte al otro terminal del generador de corriente 101 y en parte al
terminal de salida del transformador 112 de señales.
El terminal de entrada del interruptor 112 está
conectado además eléctricamente a la resistencia de entrada 105 del
comparador 109, así como a la inductancia de dispersión 102.
Los anteriores circuitos alimentarán así
corriente en la inductancia 62' en función de la detección del signo
realizada por el comparador 109 y las inductancias 62' y 102.
El circuito mostrado está dispuesto de forma que
un voltaje negativo a través de la inductancia 62' (inducido a
partir de la inductancia 62 del circuito de resonancia del inversor)
hace que la corriente alimentada en la inductancia 62' sea cero o
aproximadamente cero, por lo que no se transmite energía entre las
inductancias 62' y 62.
Un voltaje positivo a través de la inductancia
62' (que es inducido igualmente a partir de la inductancia 62 del
circuito de resonancia del inversor) hace que se alimente un impulso
de corriente positivo a la inductancia 62' y, por tanto, se
transmite energía desde la inductancia 62' a la 62. Este impulso de
corriente es interrumpido cuando existe de nuevo un voltaje
negativo a través de la inductancia 62'.
Se verá así que una estructura adecuada de un
circuito generador de impulsos de acuerdo con el invento,
dependiendo de la oscilación del circuito de resonancia, tiene el
resultado de que principalmente se transmite energía (energía
inductiva) desde el circuito generador de impulsos al circuito de
resonancia, es decir, se transmite energía de 62' a 62.
En la práctica, será así posible proporcionar
suficiente energía de compensación desde el circuito generador de
impulsos de baja potencia al circuito de alta potencia del circuito
de resonancia.
Esta energía de compensación es transferida así
para conseguir una eficacia global muy elevada, estando dispuesto
el circuito, adecuadamente para transmitir justo la energía
suficiente, por cuya razón no ha de emplearse energía para la
brusca activación de los componentes de circuito, lo que tendría
como consecuencia un elevado consumo de potencia y el someter a los
componentes a tensiones mecánicas.
Además, es posible en la práctica iniciar una
oscilación por medio del circuito de baja potencia mostrado sin
hacer uso de intervenciones bruscas, en el estado de oscilación del
circuito de resonancia, ya que una pequeña oscilación puede
aumentar hasta un estado de oscilación estable en un tiempo muy
corto, por ejemplo 1 ms. Esto se ilustra en la fig. 4. Así, basta
con alimentar una pequeña señal de desequilibrio en el circuito
generador de frecuencia para dar lugar al comienzo de un estado de
oscilación que es gradualmente excitado por cada oscilación natural
que se lleva a cabo, ya que el generador de corriente, como se ha
mencionado en lo que antecede, añade una cantidad de energía
pequeña, pero suficiente, al circuito de resonancia desde el
generador de corriente 101 a través de la inductancia 62' cuando el
voltaje a su través y, por tanto, de la inductancia 62, es
positivo.
Debe observarse también que el circuito
generador de impulsos está separado galvánicamente del circuito de
resonancia.
Las figs. 4a y 4b muestran el transitorio para
un convertidor por resonancia correspondiente al ilustrado en la
fig. 3, de acuerdo con el invento.
La fig. 4b representa el voltaje a través del
condensador 64 del circuito de resonancia.
Una oscilación es excitada debido a un pequeño
desequilibrio introducido en el circuito generador de impulsos en
el instante t=0, a continuación del cual se alimenta energía
gradualmente a la oscilación desde el circuito generador de
impulsos. La oscilación se aproximará entonces gradualmente a un
valor Vpp de 1 kV, lo que se consigue ya transcurrido
aproximadamente 1 ms.
El pico del voltaje más bajo se aproximará
gradualmente a 0 V. Cuando el pico más bajo haya alcanzado 0 V,
empezarán a conducir los diodos 81'-86' acoplados en
antiparalelo y entonces se adoptará un estado de equilibrio en el
que la oscilación resonante del circuito de resonancia simplemente
se mantendrá, de nuevo con una aportación mínima de energía desde
el circuito generador de impulsos.
La fig. 4a muestra el curso correspondiente de
la corriente a través de los interruptores, a medida que aumenta
gradualmente desde 0 A a unos 13-15 A en el período
de tiempo comprendido entre unos 0,6 ms y 1,0 ms.
El control de los interruptores se lleva a cabo
de acuerdo con un algoritmo adecuado y, cuando se ha detectado que
el voltaje a través del condensador de resonancia 64 es cero, se
garantiza que no se producen saltos de voltaje cuando se activan
estos interruptores.
Debe hacerse hincapié en que el presente invento
no se limita al ejemplo ilustrado, puesto que se apreciará que el
invento puede incorporarse o construirse junto con estructuras o
características existentes (un ejemplo de tales características lo
constituye una fijación activa o pasiva como se describe en la
memoria de la patente norteamericana núm. 4 864 483, que puede
incorporarse en la práctica en el inversor por resonancia) sin
salirse del alcance del invento según queda definido por las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (7)
1. Un inversor por resonancia, que
comprende:
- un circuito de resonancia con al menos una
inductancia (12; 32) y un condensador (14; 30),
- un circuito generador de impulsos (12', 15;
32', 31) para alimentar energía al circuito de resonancia,
- un circuito de interruptores o conmutadores
(21-26; 300) conectado eléctricamente al circuito de
resonancia y que comprende al menos un componente electrónico de
potencia,
- un circuito de control para controlar cada
componente electrónico de potencia de acuerdo con una estrategia o
un algoritmo de control dado, estando dicho circuito de control
conectado eléctricamente al circuito de interruptores,
caracterizado porque el circuito
generador de impulsos (12', 15; 32', 31) tiene al menos una
inductancia de control (12'; 32') que está acoplada inductivamente
a, por lo menos, una de las inductancias (12; 32) del circuito de
resonancia.
2. Un inversor por resonancia de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque los componentes de
interrupción electrónicos de potencia (21-26;
41-46; 81-86) del inversor están
acoplados en antiparalelo con al menos un diodo
(21'-26'; 81'-86').
3. Un inversor por resonancia de acuerdo con la
reivindicación 1 o la 2, caracterizado porque el circuito
comprende además un circuito de interruptores que tiene al menos un
componente electrónico de potencia, estando dicho circuito de
interruptores conectado eléctricamente al circuito de resonancia del
inversor por resonancia de forma que el circuito de resonancia está
conectado al menos a dos circuitos de interruptores, comprendiendo
también dicho circuito de resonancia al menos una capacitancia (30)
de acumulación de CC.
4. Un inversor por resonancia de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizado porque el circuito generador
de impulsos comprende medios para detectar el signo del voltaje en
una inductancia de control (12'; 32'; 62') y/o en al menos una de
las inductancias (12; 32; 62) del circuito de resonancia,
comprendiendo dicho circuito generador de impulsos medios para
generar impulsos de corriente en al menos una inductancia de control
(12'; 32'; 62') de forma que la corriente y el voltaje en la o las
inductancias de control estén completa o parcialmente en fase.
5. Un inversor por resonancia de acuerdo con la
reivindicación 3 o la 4, caracterizado porque comprende
además medios para detectar que el voltaje en la salida del
circuito de resonancia es cero o aproximadamente cero, estando
dichos medios conectados eléctricamente al circuito de control,
estando destinado dicho circuito de control sólo a emitir señales
de control para puesta en conducción/fuera de conducción al circuito
de interruptores cuando los medios de detección han detectado que
el voltaje es cero o aproximadamente cero.
6. Un método de mantener una oscilación de un
inversor resonante con un circuito de resonancia con al menos una
inductancia (12; 32) y un condensador (14, 30), caracterizado
porque se transmite energía desde un circuito generador de impulsos
(12', 15; 32', 31) al circuito de resonancia a través de un
acoplamiento inductivo entre al menos una inductancia de control
(12'; 32') del circuito generador de impulsos (12', 15; 32', 31) y
al menos una de las inductancias (12; 32) del circuito de
resonancia.
7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizado porque la energía transmitida a las
inductancias del circuito de resonancia corresponde sustancialmente
a las pérdidas óhmicas del circuito de resonancia.
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