ES2352575T3 - Procedimiento de reconocimiento de carga para variador y dispositivo para llevar a cabo dicho procedimiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de reconocimiento del tipo de carga para variador, por comparación de la tensión (UV) en los bornes del variador con un valor umbral (US), caracterizado por el hecho de que consiste en realizar dicha comparación de la tensión (UV) en los bornes del variador, en modo corte en el ángulo, tras el flanco de corte, con un valor umbral (US) adaptado dinámicamente y cuya altura es dependiente del instante (t) en el cual se produce el flanco de corte (F).
Description
Procedimiento de reconocimiento de carga para
variador y dispositivo para llevar a cabo dicho procedimiento.
La presente invención se refiere al ámbito de
los equipos eléctricos en medio doméstico, terciario o industrial,
en especial los dispositivos de control y de gestión del nivel de
luminosidad de diferentes tipos de cargas de iluminación, a saber
cargas resistivas, capacitivas o inductivas, y tiene por objeto un
procedimiento de reconocimiento de carga para variador.
La invención también tiene por objeto un
variador provisto de un dispositivo de reconocimiento de carga para
la realización de este procedimiento.
Actualmente, el control y la gestión del nivel
de luminosidad de diferentes tipos de cargas de iluminación se
realizan esencialmente por recorte de la fase de alimentación de la
carga, ya sea por conducción en el ángulo, o bien por corte en el
ángulo.
En modo conducción en el ángulo, se bloquea la
primera parte de cada semi-alternancia y la segunda
parte es transmitida a la carga, mientras que en modo corte en el
ángulo, la primera parte de cada semi-alternancia
es transmitida a la carga y la segunda parte es bloqueada. El modo
conducción en el ángulo está adaptado a las cargas inductivas o
resistivas, mientras que el modo corte en el ángulo está adaptado a
las cargas capacitivas o resistivas.
Un corte en el ángulo de una carga inductiva
provoca sobretensiones y una conducción en el ángulo de una carga
capacitiva provoca sobreintensidades.
Cargas diferentes precisan procesos de control
diferentes. Así, las lámparas halógenas de baja tensión con
transformador electrónico son generalmente alimentadas en modo corte
en el ángulo; las lámparas halógenas de baja tensión con
transformador de núcleo de hierro son alimentadas en modo conducción
en el ángulo, mientras que las lámparas de incandescencia o las
lámparas halógenas de alta tensión pueden ser alimentadas con los
dos modos.
Si una carga es alimentada con un modo erróneo,
pueden producirse situaciones que pueden conducir a daños o a una
destrucción del variador.
Si un transformador electrónico, que es
generalmente una carga capacitiva, es alimentado en modo conducción
en el ángulo, entonces la capacidad debe ser cargada durante el
flanco de control, en un tiempo relativamente corto, a saber del
orden de diez a algunas centenas de ms, lo cual vuelve a llevar a un
impulso de tensión muy elevado, que puede conducir a una
destrucción de los semiconductores de potencia.
En el caso contrario, si un transformador con
núcleo de hierro es alimentado en modo corte en el ángulo, entonces
la energía almacenada en el transformador, que es una carga
inductiva, produce un pico de tensión en cada
semi-onda tras el flanco de corte, que también puede
tener como consecuencia una destrucción de los semiconductores de
potencia.
Para obviar estos inconvenientes, se han
propuesto diferentes procesos y dispositivos de
auto-adaptación de un variador a una carga.
A tal efecto, se conoce, en especial por
WO-A-92/15052, un variador, mediante
el cual es posible ajustar la luminosidad de una carga, por ejemplo
de una lámpara de incandescencia, de una lámpara halógena de alta
tensión o de una lámpara halógena de baja tensión con núcleo de
hierro o con transformador electrónico, por un control de fase, con
realización de dos semiconductores de potencia controlados en
tensión, conectados en oposición.
Este documento
WO-A-92/15052 describe diferentes
procesos destinados a permitir evitar estas situaciones poniendo en
peligros estos aparatos. El variador opera, tras la puesta en
tensión, en modo corte en el ángulo y, si se detecta una
sobretensión, el aparato bascula al modo conducción en el
ángulo.
También se describen procesos análogos de
reconocimiento de la carga, entre otros, en
EP-A-1 119 094,
EP-B-0 932 274
DE-A-102 25 748.5,
EP-B-0 618667 y
DE-A-197 51 828.
El reconocimiento de picos de tensión
consecutivos al flanco de corte, en modo corte en el ángulo es un
procedimiento ampliamente extendido para reconocer cargas
inductivas. En detalle, se produce, por ejemplo, en la semionda
positiva, un corto periodo tras la interrupción de la corriente, un
pico de tensión negativo en la carga. La altura de este pico de
tensión se conforma prioritariamente en función de la inductividad
del transformador y de la carga de las lámparas que lleva
conectadas. De este modo, el pico de tensión es aún más elevado
cuanto menor es la carga del transformador. Sin embargo, el momento
del flanco de corte, es decir el ángulo del flujo de corriente,
apenas tiene influencia sobre la altura del pico de tensión y está
en unos límites muy restringidos en el conjunto del ámbito útil de
ajuste de un variador. Son habituales flujos de corriente
comprendidos entre aproximadamente 30º y aproximadamente 150º.
\newpage
En EP-A-0 932
274, está previsto medir la tensión directamente en la carga y
compararla con un valor umbral fijo. Sin embargo, esto solamente es
posible con variadores llamados de tres conductores, en los cuales
el conductor neutro también está conectado al variador. En el caso
de variadores con dos conductores -mucho más extendidos en la
técnica de instalación corriente-, que no tienen entrada de
conductor neutro, la tensión en la carga no está directamente
disponible, sino únicamente la tensión en los bornes del variador, a
saber entre la entrada de fase y la salida de carga.
El pico de tensión negativo en la carga,
descrito más arriba, se traduce al nivel del variador en forma de
un pico de tensión positivo, que es superior a la tensión de
red.
Las implementaciones conocidas en los variadores
de dos conductores tienen todas un valor umbral constante para el
reconocimiento de la sobretensión, que debe ser definida de tal
manera que no se sobrepase en funcionamiento normal. En el caso de
una tensión de red de, por ejemplo, 230 V \pm 10%, el valor de
pico se establece en un máximo de 358 V y se siguen teniendo en
cuenta señales de telecontrol centralizado, por ejemplo para el
control de un determinado número de usuarios, tales como una
iluminación pública o un contador de corriente de noche, que pueden
tener una tensión que puede alcanzar hasta 20 V_{eff} y que se
superpone a la tensión de red, el valor umbral debe establecerse en
al menos 400 V.
Sin embargo, esta tensión no se alcanza a
menudo, ni con ángulos de flujo de corriente muy reducidos ni con
ángulos muy grandes, de manera que la carga inductiva,
eventualmente, solamente es reconocida en el caso de una
luminosidad media y puede, por eso, ser alimentada en modo corte en
el ángulo. De ello resulta, ciertamente, ningún riesgo para el
variador o para sus partes constitutivas, pero sin embargo, los
picos de corriente pueden conllevar perturbaciones inadmisibles en
la red de baja tensión, así como una generación de ruidos molestos
en el transformador.
Según EP-A-1 119
094, se prevé un procedimiento, en el cual la luminosidad aumenta
lentamente a partir del ángulo de corte mínimo, hasta que se
detecte un determinado número de sobretensiones, luego la
alimentación bascula al modo conducción en el ángulo. Este
procedimiento evita, ciertamente, un funcionamiento prolongado en
un modo erróneo, pero sin embargo el reconocimiento de modo
solamente se efectúa más allá de una punta de tensión de
aproximadamente de más de 400 V.
Por otro lado, se conoce por
EP-A-1 784 059, WO2007/042598 y
WO2007/068040 un procedimiento y un dispositivo, respectivamente
según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 7.
La presente invención tiene como objeto dar
remedio a estos inconvenientes proponiendo un procedimiento de
reconocimiento de carga para variador según la reivindicación 1 y un
variador provisto de un dispositivo de reconocimiento de carga para
la realización de este procedimiento según la reivindicación 7 que
permite, también en variadores de dos conductores, realizar un
reconocimiento del tipo de carga en presencia de pequeños ángulos
de flujo de corriente.
La invención será mejor comprendida, gracias a
la siguiente descripción, que se refiere a un modo de realización
preferido, ofrecida a título de ejemplo no limitativo, y explicada
con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los
cuales:
las figuras 1 a 5 son unos diagramas temporales
que representan el valor umbral dinámico U_{St} en función de la
duración del flujo de corriente y de la duración de medida, así como
la tensión en los bornes del variador, en unos ángulos de flujo de
corriente diferentes, obtenidos por realización del procedimiento
conforme a la invención;
la figura 6 es un diagrama temporal que
representa la curva de la tensión de red U_{N}, así como la curva
de la tensión U_{L} en los bornes de una carga inductiva en modo
corte en el ángulo;
la figura 7 es un diagrama análogo al de la
figura 6 que representa la curva de la tensión U_{V} en los
bornes del variador, y
la figura 8 es un esquema de bloques del
dispositivo para la realización del procedimiento conforme a la
invención.
Según la invención, y tal como se muestra más
especialmente en los diagramas temporales de las figuras 1 a 5 de
los dibujos adjuntos, el procedimiento de reconocimiento de carga
para variador consiste en realizar una comparación de la tensión
U_{V} en los bornes del variador con un valor umbral U_{S}
adaptado dinámicamente y cuya altura es dependiente del instante t
en el cual se produce el flanco de corte F.
Según una característica de la invención, la
duración de la medida de una punta de tensión tras el flanco de
corte F se establece en un valor fijo t_{d}, por ejemplo del orden
de 300 ms. En lo que respecta el valor umbral U_{S}, se escoge
entonces una tensión que, en condiciones normales de funcionamiento,
es decir en caso de conexión a una carga óhmica (lámparas de
incandescencia o lámparas halógenas de alta tensión) o capacitiva
(lámpara halógena de baja tensión con transformador electrónico), no
se llega a sobrepasar nunca durante la medida. El valor umbral
U_{S} tiene el valor de la curva U_{St} en el instante t en el
cual se produce el flanco de corte F y permanece constante durante
la duración de la medida. A tal efecto, la tensión se establece
naturalmente en un valor correspondiente al valor de la red, a saber
230 V, aumentado en un 10% y en un valor suplementario de seguridad
de, por ejemplo, 35 V.
Según otra característica de la invención, el
valor umbral U_{S} adaptado dinámicamente se calcula por
realización de las ecuaciones siguientes:
en las
cuales:
U_{Max} = tensión efectiva máxima de la red
(por ejemplo 230 V_{eff} +10% = 253 V_{eff})
Û_{Max} = valor de pico de la tensión de la
red (por ejemplo 253 V_{eff} \cdot Û = 358 V
\DeltaU = margen de seguridad para señales de
telecontrol (por ejemplo 35 V).
T = duración de un semi periodo de la red (por
ejemplo 10 ms para f = 50 Hz)
t = instante en el cual se produce el flanco de
corte durante la semi-onda de red
t_{d} = duración de medida (por ejemplo 300
\mus)
U_{S} = valor umbral dinámica
U_{STR} = tensión de referencia en el
comparador
R8/R9 = resistencia del divisor de tensión.
\vskip1.000000\baselineskip
El reparto en tres zonas temporales es
necesaria, porque, en la primera mitad de cada semionda de la red,
la tensión aumenta y, consecuentemente, el valor umbral debe ser más
elevado que la tensión al final del periodo de medida (instante t +
t_{d}), mientras que en cada segunda semi-onda de
la red la tensión decrece, de manera que el valor umbral debe ser
más elevado que al principio del periodo de medida (instante t). El
aspecto de U_{S} depende del instante t en el cual se produce el
flanco de corte F.
El aspecto de U_{ref} se representa en las
figuras 1 a 5 mediante la curva U_{St}.
De este modo, la adaptación dinámica del valor
umbral permite el reconocimiento de una carga inductiva tanto con
ángulos de flujo de corriente muy reducidos como con grandes ángulos
de flujo de corriente.
Según una característica de la invención, el
valor umbral (U_{S}) permanece constante durante la medida.
Por otro lado, durante la primera puesta en
marcha tras la aplicación de la tensión de red, el variador arranca
en modo corte en el ángulo y, en caso de reconocimiento de una
sobretensión durante la duración de la medida, en varias semi ondas
sucesivas, bascula en modo conducción en el ángulo.
El procedimiento conforme a la invención se
implementa, tal como lo muestra la figura 8 de los dibujos
adjuntos, mediante un variador 1 provisto de un dispositivo de
reconocimiento de una carga 2, que está esencialmente constituido
por un interruptor de potencia 3, por un microcontrolador 4, por un
circuito 5 de reconocimiento de paso a cero, por un circuito 6 de
reconocimiento de sobreintensidad o de
corto-circuito y por un circuito 7 de
reconocimiento de sobretensión con adaptación dinámica del valor
umbral.
La carga 2 puede ser, de manera conocida, óhmica
(por ejemplo, lámparas de incandescencia o lámparas halógenas de
alta tensión), capacitiva (por ejemplo, lámpara halógena de baja
tensión con transformador electrónico) o inductiva (por ejemplo,
lámpara halógena de baja tensión con transformador con núcleo de
hierro).
El interruptor de potencia 3 está constituido
por dos transistores T1 y T2 de tipo conocido con la designación
IGBT (transistor bipolar de rejilla aislada), por dos diodos de
rectificación D1 y D2, así como por una resistencia R3 para la
medida de la corriente. El microcontrolador 4 garantiza, mediante
dos salidas CT1 y CT2 respectivamente conectadas a una resistencia
R1 y a una resistencia R2, el control de los dos transistores T1 y
T2, la explotación de la señal de paso a cero para la sincronización
con la frecuencia de red, la explotación de la sobreintensidad, así
como el reconocimiento de la sobretensión mediante una adaptación
dinámica del valor umbral.
Los dos transistores T1 y T2 son
alternativamente controlados por el microcontrolador 4 durante las
dos semiondas de la red en función del control de fase.
En el modo de funcionamiento en corte en el
ángulo, el transistor T1 es puesto en circuito al principio de la
semionda de red positiva y, tras finalización de la duración de
flujo de corriente predeterminada, es sacado de nuevo del circuito.
La corriente pasa por el transistor T1, la resistencia R3, el diodo
D2 y la carga 2, a partir del conductor de fase L hasta el
conductor neutro N. En la semi-onda de red negativa,
el transistor T2 es controlado de manera idéntica y la corriente
pasa a través de la carga 2, el transistor T2, la resistencia R3 y
el diodo D1 del conductor neutro N hasta el conductor de fase L.
En modo conducción en el ángulo, el transistor
T1 es controlado durante la duración del flujo de corriente, antes
del final de la semi-onda de red positiva, y es
puesto fuera del circuito al final de la semi-onda.
El flujo de corriente es idéntico al del modo de funcionamiento con
corte en el ángulo. En la semi-onda de red
negativa, el transistor T2 es controlado de manera idéntica.
Para la sincronización con la frecuencia de red,
el microcontrolador 4 debe conocer el momento del paso a cero de la
red. Esto puede obtenerse, por ejemplo, por la medida de la tensión
en el conductor de fase L mediante el circuito 5 de reconocimiento
del paso a cero, que comprende un divisor de tensión constituido
por unas resistencias R4 y R5. Este circuito 5 está provisto,
además, de un inversor I1, provisto de una entrada de báscula de
Schmidt y que prepara la señal PZ para el microcontrolador 4.
La corriente de carga se mide en la resistencia
R3 del interruptor de potencia 3 y alimenta a un comparador C4 del
circuito 6 de reconocimiento de sobreintensidad o de
corto-circuito, que compara esta tensión con una
tensión de referencia fija. Si la corriente aumenta más allá del
valor preestablecido, entonces un basculador biestable B3 del
circuito 6 es alimentado por la salida del comparador C4. La salida
del basculador biestable B3 está, por un lado, conectada a una
entrada de sobreintensidad SI del microcontrolador 4 y, por otro
lado, mediante inversores 12 y 15 a los transistores T1 y T2 de del
interruptor de potencia 3 para la puesta fuera del circuito de
estos últimos.
El microcontrolador 4 está provisto de una
salida de puesta a cero de las sobre-intensidades
RZSI, mediante la cual es posible realizar una puesta a cero de la
báscula biestable B3, con el fin de permitir de nuevo la
alimentación de los transistores T1 y T2 en la
semi-onda de red siguiente y, así, interrumpir la
alimentación del variador solamente tras varios reconocimientos de
una sobreintensidad, lo cual se produce, por ejemplo, en el caso de
una carga demasiado fuerte o de un cortocircuito.
La tensión umbral es llevada por el
microcontrolador 4 a través de una salida de sobretensión de
referencia STR a una entrada de inversor de un comparador C6 del
circuito 7 de reconocimiento de sobretensión con adaptación
dinámica del valor umbral y la tensión enderezada en el variador 1
es reducida mediante un divisor de tensión, constituido por unas
resistencias R8 y R9 de dicho circuito 7, y es llevada a la otra
entrada del comparador C6. La salida del comparador C6 está también
conectada al microcontrolador 4 a una entrada de sobretensión
ST.
Si, en varias semi ondas de red sucesivas (por
ejemplo diez), se detecta una punta de tensión, entonces el
microcontrolador 4 bascula del modo de funcionamiento en corte en el
ángulo al modo de funcionamiento en conducción en el ángulo. Debido
a un reconocimiento repetido, se evita que las perturbaciones de la
red eléctrica, tales como las que pueden, por ejemplo, sobrevenir,
en la misma red, en caso de tempestades o durante el arranque y la
parada de máquinas, puedan conducir a un cambio del modo de
funcionamiento.
El umbral de tensión, que depende del ángulo del
flujo de corriente escogido, se lleva mediante el microcontrolador
4 a la entrada de inversión del comparador C6. La tensión enderezada
en el variador 1 se reduce mediante el divisor de tensión
constituido por las resistencias R8 y R9 y es llevada a la otra
entrada del comparador C6. La salida de este comparador C6 es
llevada de nuevo al microcontrolador 4. También es posible, en
función del microcontrolador 4 empleado, utilizar un comparador
interno con tensión de referencia programable, incluso un
convertidor numérico-analógico, para la generación
de la tensión de referencia.
Gracias a la invención, es posible realizar el
control de diferentes tipos de cargas, en particular de cargas de
iluminación, a saber resistivas, capacitivas o inductivas.
\newpage
Además, la invención permite un cambio dinámico
del tipo de carga por verificación permanente de la compatibilidad
entre la carga conectada y el modo de recorte activo, siempre que la
tensión de alimentación del variador sea interrumpida antes del
cambio de la carga, así como la gestión de enchufes controlados.
Finalmente, el procedimiento y el dispositivo
conformes a la invención permiten obtener una protección del
variador contra los sobrecalentamientos, las sobrecargas, los
corto-circuitos, las sobretensiones, etc....
Obviamente, la invención no se limita al modo de
realización descrito y representado en los dibujos adjuntos.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad al
respecto.
\bullet WO 9215052 A [0011] [0012]
\bullet EP 1119094 A [0013] [0019]
\bullet EP 0932274 B [0013]
\bullet DE 10225748 A [0013]
\bullet EP 0618667 B [0013]
\bullet DE 19751828 A [0013]
\bullet EP 0932274 A [0015]
\bullet EP 1784059 A [0020]
\bullet WO 2007042598 A [0020]
\bullet WO 2007068040 A [0020]
Claims (7)
1. Procedimiento de reconocimiento del tipo de
carga para variador, por comparación de la tensión (U_{V}) en los
bornes del variador con un valor umbral (U_{S}),
caracterizado por el hecho de que consiste en realizar dicha
comparación de la tensión (U_{V}) en los bornes del variador, en
modo corte en el ángulo, tras el flanco de corte, con un valor
umbral (U_{S}) adaptado dinámicamente y cuya altura es dependiente
del instante (t) en el cual se produce el flanco de corte (F).
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la duración (t_{d}) de la
medida de una punta de tensión tras el flanco de corte (F) en los
bornes del variador (U_{V}) se establece en un valor fijo, por
ejemplo del orden de 300 \mus.
3. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el valor umbral (U_{S})
se escoge de tal manera que en condiciones normales de
funcionamiento, no se sobrepase en ningún caso durante la
medida.
4. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que el valor umbral (U_{S})
adaptado dinámicamente se calcula por realización de las ecuaciones
siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
en las
cuales:
U_{Max} = tensión efectiva máxima de la red
(por ejemplo 230 V_{eff} + 10% = 253 V_{eff})
Û_{Max} = valor de pico de la tensión de la
red (por ejemplo 253 V_{eff} \cdot \surd{2} = 358 V
\DeltaU = margen de seguridad para señales de
telecontrol (por ejemplo 35 V).
T = duración de un semi periodo de la red (por
ejemplo 10 ms para f = 50 Hz)
t = instante en el cual se produce el flanco de
corte durante la semi-onda de red
t_{d} = duración de medida (por ejemplo 300
\mus)
U_{S} = valor umbral dinámico
U_{STR} = tensión de referencia en el
comparador
R8/R9 = resistencia del divisor de tensión.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicación 1 a 4, caracterizado por el hecho de que el
valor umbral (U_{S}) permanece constante durante la medida.
6. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que el
variador, durante la primera puesta en marcha tras la aplicación de
la tensión de red, arranca en modo corte en el ángulo y, en caso de
reconocimiento de una sobretensión durante la duración de la medida,
en varias semi ondas sucesivas, bascula en modo conducción en el
ángulo.
7. Variador (1) provisto de un dispositivo de
reconocimiento del tipo de una carga (2) para la realización del
procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el
cual el dispositivo de reconocimiento del tipo de la carga (2) está
esencialmente constituido por un interruptor de potencia (3), por un
microcontrolador (4), por un circuito (5) de reconocimiento del
paso a cero y por un circuito (6) de reconocimiento de
sobreintensidad o de corto-circuito,
caracterizado por el hecho de que comprende, además, un
circuito (7) de reconocimiento de sobretensión, tras el flanco de
corte (F) en modo corte en el ángulo, con adaptación dinámica del
valor umbral, de modo que la altura de dicho umbral es dependiente
del instante en el cual se produce el flanco de corte (F).
Applications Claiming Priority (1)
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| EP07360033A EP2015616B1 (fr) | 2007-07-13 | 2007-07-13 | Procédé de reconnaissance de charge pour variateur et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé |
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