ES2366554T3 - Procedimiento de control de un ondulador de tensión polifásico. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de mando de un puente de potencia (1) destinado a controlar una carga eléctrica (3) que incorpora varias fases, estando destinado el puente de potencia (1) a unirse con la carga eléctrica (3) a través de varios brazos (B1, ..., B3), al menos uno por fase, y estando destinado a ser gobernado mediante funciones de conmutación (SC1, SC2, SC3), determinando dichas funciones de conmutación vectores de control (\vec{V}0, ..., \vec{V}7) para controlar la carga, subdividiéndose dichos vectores de control (\vec{V}0, ..., \vec{V}7) en vectores de control de libre circulación (\vec{V}0, \vec{V}) y en vectores de control activos (\vec{V}1, ..., \vec{V}6), incluyendo dicho procedimiento la aplicación de un procedimiento de producción de funciones de conmutación que produce un reducido número de combinaciones de funciones de conmutación correspondientes a vectores de control de libre circulación (\vec{V}0, \vec{V}7) para producir una sucesión de vectores de control, caracterizado porque dicho procedimiento de producción de funciones de conmutación comprende una etapa de selección de al menos dos brazos de puente susceptibles de ser bloqueados en función de una relación de orden y una etapa de bloquear, durante todo un periodo de troceo (Ts) del puente de potencia (1), uno de dichos al menos dos brazos de puente susceptibles de ser bloqueados.
Description
Procedimiento de control de un ondulador de
tensión polifásico.
La invención se refiere a un procedimiento de
mando de un puente de potencia destinado a controlar una carga
eléctrica que incorpora varias fases, estando destinado el puente de
potencia a unirse con la carga eléctrica a través de varios brazos,
al menos uno por fase, y estando destinado a ser gobernado mediante
funciones de conmutación, determinando dichas funciones de
conmutación vectores de control para controlar la carga,
subdividiéndose dichos vectores de control en vectores de control de
libre circulación y en vectores de control activos.
La presente invención tiene aplicaciones
particularmente ventajosas, aunque no exclusivas, en los campos del
sector del automóvil, del sector aeronáutico, del sector
industrial.
Una finalidad de la invención es reducir las
pérdidas en un ondulador de tensión polifásico.
La invención tiene asimismo por finalidad
conservar un control de la carga polifásica aguas abajo del
ondulador, reduciendo al propio tiempo las pérdidas por conmutación
del ondulador.
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Generalmente, se utiliza un puente de potencia
de tensión polifásico para el accionamiento de una carga eléctrica
polifásica. Estas cargas eléctricas son, por ejemplo, máquinas
reversibles tales como alterno-arrancadores. El
puente va unido aguas arriba a una fuente de alimentación continua e
interconectado aguas abajo con los arrollamientos de fase de la
carga polifásica. El puente de potencia se alimenta con energía
mediante la fuente de alimentación continua en modalidad motor y
mediante el alterno-arrancador en modalidad
alternador.
El puente de potencia incorpora varios brazos de
puente que incorporan cada uno de ellos, por ejemplo, dos
interruptores dotados de diodos de libre circulación. Este tipo de
puente es un puente de dos niveles. El punto medio de cada par de
interruptores de un mismo brazo de puente va unido a un
arrollamiento de fase de la carga.
La lógica de control permite controlar los
interruptores de un mismo brazo de puente.
Actualmente, se pueden generar varias
combinaciones de los interruptores de los brazos de puente a los que
se puede asociar una representación vectorial de las tensiones de
salida del ondulador que se denominarán vectores de control del
puente de potencia. Estos vectores de control se componen de
vectores activos y de vectores de libre circulación.
En el estado de la técnica, se conocen
diferentes tipos de técnicas de mando de un ondulador polifásico,
entre los que se encuentra el documento "A. M. Hava, R. J.
Kerkman, y T. A. Lipo. A high performance generalized
discontinuous pwm algorithm. IEEE Trans. on Industry
Applications, Vol. 34 (Nº 5), Septiembre/Octubre de 1998". Este
documento describe técnicas de mando, que utilizan en particular
estrategias de modulación de anchura de impulsos discontinuos, que
comandan, por una parte, la parte aguas abajo del puente de potencia
y, por otra parte, el puente propiamente dicho.
Estas técnicas de mando bloquean
alternativamente uno de los brazos de puente del puente de potencia.
Para este propósito, en función de la estrategia de modulación de
anchura de impulsos empleada, se determina una cantidad de neutro
para cada desfase tensión-corriente de una fase de
la carga. Para cada fase de la carga, una moduladora es determinada
y trasladada mediante adición de una cantidad de neutro. Con estas
técnicas de mando, un brazo de puente es bloqueado cuando su
moduladora se satura a +1 o -1.
Tales técnicas de mando presentan
inconvenientes. En efecto, no es posible determinar la cantidad de
neutro que hay que añadir a las moduladoras cuando el sistema no se
halla en régimen permanente. Además, en régimen permanente, esta
cantidad de neutro bien se calcula en línea, lo que precisa de un
tiempo de cálculo bastante largo, o bien se encuentra tabulada, lo
que conlleva un considerable consumo de memoria.
Además, para estas técnicas de mando del citado
estado de la técnica, es necesario el conocimiento del desfase
tensión-corriente de la carga polifásica. Ahora
bien, el cálculo o la medición de este desfase es muy complejo de
poner en práctica.
Igualmente, la implantación digital de estas
técnicas plantea problemas de realización. En efecto, en su
implantación, hay que tener en cuenta, por una parte, los numerosos
puntos de funcionamiento de la carga polifásica (por ejemplo, motor,
alternador, arrancador a diferentes velocidades y par de un
alterno-arrancador) para aplicar una óptima cantidad
de neutro correspondiente; y, por otra parte, distintas estrategias
correspondientes a cada cantidad de neutro aplicada. El algoritmo
que permite realizar la implantación digital es, así, de puesta en
práctica lenta y engorrosa.
Por el documento US5.706.186, se conoce un
procedimiento que gobierna un puente de potencia destinado a
controlar una carga eléctrica que incorpora varias fases. El puente
de potencia va unido a la carga eléctrica a través de varios brazos,
al menos uno por fase, y es gobernado mediante funciones de
conmutación. Estas funciones de conmutación determinan vectores de
control para controlar la carga, subdividiéndose los vectores de
control en vectores de control de libre circulación y en vectores de
control activos. Además, este procedimiento incluye la aplicación de
un procedimiento de producción de funciones de conmutación que
produce un reducido número de combinaciones de funciones de
conmutación correspondientes a vectores de control de libre
circulación para producir una sucesión de vectores de control. Se
obtiene así una reducción de las pérdidas de conmutación.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención se refiere a un
procedimiento de mando de un puente de potencia según está definido
por la reivindicación 1. El procedimiento de la invención recurre a
un procedimiento de producción de funciones de conmutación.
El procedimiento de la invención permite de
hecho bloquear un brazo de puente en un estado dado y, por lo tanto,
reducir las pérdidas por conmutación inducidas en el mismo si se
hubiera hecho que conmute en el transcurso del período de troceo.
El procedimiento faculta la elección entre dos brazos de puente para
bloquear. Al elegir, en determinadas zonas, el brazo de puente
bloqueable en el que la corriente es máxima en valor absoluto, se
efectúa una elección óptima que permite tener una ganancia máxima en
cuanto a pérdidas por conmutación.
Según realizaciones no limitativas, el
procedimiento según la invención incorpora las siguientes
características suplementarias, consideradas aislada o
conjuntamente:
- El procedimiento de producción de funciones de
conmutación incluye una etapa de determinación de una moduladora
asociada a cada brazo del puente a partir de consignas de tensión
escalares.
- La determinación de una moduladora se efectúa
según una estrategia de intersección. Así, el cálculo de las
moduladoras mediante una estrategia de tipo intersección es el más
natural, pues hay entonces una relación simple, fácilmente
realizable en un procesador de señales.
- La determinación de una moduladora se efectúa
según una estrategia baricéntrica. Buen número de variadores
actuales ya calculan las moduladoras de esta forma. Se puede
entonces, de manera natural y rápida, adaptar el procedimiento a lo
que existe en la lógica de control existente.
- La relación de orden es una comparación entre
las moduladoras asociadas a los brazos de puente.
- Los brazos de puente seleccionados
corresponden a los brazos de puente que tienen la mayor moduladora y
la menor moduladora.
- El brazo de puente que se va a bloquear se
elige de entre los brazos de puente seleccionados y es el que
incorpora la corriente de fase de mayor valor absoluto de entre las
corrientes de fase respectivamente correspondientes a la más grande
de las moduladoras y la más pequeña de las moduladoras de entre las
moduladoras asociadas a los brazos de puente. Así, el
establecimiento de una relación de orden entre las moduladoras y las
comparaciones de corrientes en valor absoluto son cálculos
elementales, simples en su puesta en práctica en un procesador de
señales. Estos permiten, de hecho, determinar con exactitud el brazo
de puente óptimo de bloquear para economizar el máximo de pérdidas
por conmutación.
- Si el brazo de puente que se va a bloquear es
el que corresponde a la mayor de las moduladoras, entonces el brazo
de puente es bloqueado en estado alto y, si el brazo de puente que
se va a bloquear es el que corresponde a la menor de las
moduladoras, entonces el brazo de puente es bloqueado en estado
bajo.
- El procedimiento de producción de las
funciones de conmutación incluye además una etapa de determinar una
cantidad de neutro que ha de añadirse a una moduladora en función de
un estado alto o bajo de un brazo de puente que se va a
bloquear.
- Así,
- si un brazo se tiene que bloquear en estado
alto, entonces la cantidad de neutro es igual a un primer valor
máximo menos la moduladora asociada a dicho brazo, y
- si el brazo se tiene que bloquear en estado
bajo, entonces la cantidad de neutro es igual a un segundo valor
mínimo menos la moduladora asociada a dicho brazo.
- El procedimiento de producción de funciones de
conmutación incluye una etapa de comparación de moduladoras
trasladadas una cantidad de neutro con una portadora simple,
asociándose una moduladora a cada brazo de puente, definiendo dicha
comparación unas funciones de conmutación para gobernar dicho
puente. Así, un procedimiento de comparación de moduladoras
trasladadas con una portadora permite definir de manera fácil y
rápida la evolución de las funciones de conmutación que gobernarán
el ondulador. Se trata adicionalmente de un procedimiento que se
puede utilizar en los procesadores de señales dedicados al control
de la máquina eléctrica. Además, la portadora simple tiene una
puesta en práctica sencilla y, en general, está presente de manera
nativa en los procesadores dedicados al control de la máquina
eléctrica.
- La portadora simple es un triángulo isósceles
que incorpora un vértice que se encuentra a un valor máximo y una
base que se encuentra a un valor mínimo. Así, una forma de onda de
tipo portadora triangular isósceles garantiza el centrado de los
impulsos de control alrededor del semiperíodo de troceo, lo que es
conocido por disminuir la tasa de distorsión armónica de las
corrientes de fase en la carga.
- La etapa de bloqueo de un brazo de puente es
función de la posición de un vector tensión de consigna en un
dominio del plano determinado por vectores de control, siendo
determinado el vector tensión de consigna (\vec{V}^{*}) a partir
de consignas de tensión escalares.
- El dominio del plano queda definido en una
marca de referencia estatórica, subdividiéndose dicha marca de
referencia estatórica en sectores angulares y porque la etapa de
bloqueo de un brazo de puente en un estado alto o un estado bajo es
función de la posición del vector tensión de consigna en uno de los
sectores angulares.
- Así,
- si el vector tensión de consigna se halla en
un primer sector angular, entonces el primer brazo es bloqueado en
estado alto,
- si el vector tensión de consigna se halla en
un segundo sector angular, entonces el tercer brazo es bloqueado en
estado bajo,
- si el vector tensión de consigna se halla en
un tercer sector angular, entonces el segundo brazo es bloqueado en
estado alto,
- si el vector tensión de consigna se halla en
un cuarto sector angular, entonces el primer brazo es bloqueado en
estado bajo,
- si el vector tensión de consigna se halla en
un quinto sector angular, entonces el tercer brazo es bloqueado en
estado alto,
- si el vector tensión de consigna se halla en
un sexto sector angular, entonces el segundo brazo es bloqueado en
estado bajo.
- La etapa de bloqueo de un brazo de puente es
función de un vector corriente.
\vskip1.000000\baselineskip
Se comprenderá mejor la invención con la lectura
de la descripción subsiguiente y con la revisión de las figuras que
la acompañan. Éstas se aportan a título indicativo y sin carácter
limitativo alguno de la invención. Las figuras muestran:
Figura 1a: Una ilustración de los medios que
ponen en práctica el procedimiento, según la invención.
Figura 1b: Una representación de una marca de
referencia estatórica utilizada en el procedimiento de la Figura
1a,
Figura 1c: Una representación de una
descomposición de un vector consigna en la marca de referencia
estatórica de la Figura 1b,
Figura 2: Una ilustración de las etapas de una
primera realización y de una segunda realización no limitativa del
procedimiento según la invención,
Figura 3: Una representación de una marca de
referencia estatórica utilizada en la segunda realización de la Fig.
2,
Figura 4. Una ilustración de una de las etapas
del procedimiento de la Fig. 2 que se corresponde con una
comparación entre una portadora y las moduladoras de cada uno de los
brazos de puente del ondulador.
\newpage
La Fig. 1a muestra un puente de potencia
polifásico 1 unido aguas arriba a un bus de continua 2, aguas abajo
de una carga polifásica 3 y controlado mediante vectores de control
producidos por una lógica de control 4. El puente de potencia 1 es
un dispositivo eléctrico destinado a convertir una tensión continua
en varias tensiones sinusoidales, una por fase cuando la carga
asociada funciona en modalidad motor. Se le conoce entonces como
ondulador. En modalidad alternador (generador), el puente de
potencia convierte tensiones de fase sinusoidales a tensión continua
para alimentar un dispositivo de consumo, tal como una batería. Se
le conoce entonces como puente rectificador controlado.
El puente de potencia 1 incorpora varios brazos
de puente (no representados). Cada brazo de puente está constituido
por varios interruptores INT controlables electrónicamente.
En otras palabras, el ondulador es un
convertidor continua-alterna. Por el lado de
alterna, se coloca una carga polifásica. Por el lado de continua, se
encuentra el bus de continua. Hay que proporcionar energía a la
carga polifásica, que tiene que proceder del bus de continua
(modalidad motor). En modalidad alternador, la carga polifásica es
la que proporciona energía al bus de continua. La carga polifásica
es, pues, una fuente de energía reversible con una característica
que es una tensión continua entre sus bornes.
Para lo que resta de memoria descriptiva, se
toma como ejemplo no limitativo un puente de potencia trifásico de
dos niveles, teniendo presente que puede ser sustituido por otros
tipos de puentes de potencia existentes, tales como, en un ejemplo
no limitativo, un ondulador trifásico de tres niveles, teniendo
entonces éste disponibles tres vectores de libre circulación.
En el resto de la memoria descriptiva, se
refiere al caso de que el puente de potencia es un ondulador. Por
supuesto, cuanto se describe en lo sucesivo en la memoria
descriptiva para el ondulador es asimismo de aplicación a un puente
rectificador, con las reservas de la diferencia entre un ondulador y
un puente rectificador que acaba de reseñarse anteriormente.
El ondulador 1 es entonces un ondulador
trifásico que comanda la carga 3. Éste incorpora por tanto tres
brazos de puente B1, B2 y B3. Cada brazo de puente incorpora, en un
ejemplo no limitativo, dos interruptores INT bidireccionales en
corriente dotados de diodos de libre circulación. Por ejemplo, el
primer brazo incorpora los interruptores de alto INT11 y bajo INT12,
el segundo brazo, los interruptores de alto INT21 y bajo INT22 y el
tercer brazo, los interruptores de alto INT31 y bajo INT32.
El bus de continua 2 incorpora una fuente de
tensión continua 5. Esta fuente de tensión continua 5 es, en un
ejemplo preferido, una batería o una red rectificada. Esta fuente de
tensión 5 alimenta al ondulador 1. En el ejemplo de la Fig. 1a, la
fuente de tensión 5 lleva conectados en serie y/o en paralelo unos
dispositivos 6, que son en particular líneas de conexión y/o
dispositivos de consumo eléctrico. Estos dispositivos de consumo
eléctrico pueden ser, entre otros, para el caso de un vehículo
automóvil, faros, una radio, una climatización, lista que no es
exhaustiva.
El bus de continua 2 incorpora asimismo un
condensador de desacoplo 7 conectado en paralelo a la fuente de
tensión 5. Este condensador 7 se halla situado preferentemente lo
más cerca posible del ondulador 1. Ello permite disminuir la
inductancia de línea entre el condensador y los interruptores. Así,
se evita el aumento de las sobretensiones en el momento de las
conmutaciones de los interruptores y, por lo tanto, romper dichos
interruptores.
La corriente en el condensador 7 representa la
parte ondulatoria de la corriente de fuente. El condensador 7
desempeña la función de filtrar la corriente de fuente entrante en
el ondulador 1. Ello permite que la fuente de tensión 5 no
suministre al ondulador 1 más que el valor medio de dicha corriente
de fuente.
La carga 3 puede ser, en ejemplos no
limitativos, un motor asíncrono, síncrono, etc. El punto medio de
cada par de interruptores de un mismo brazo de puente del ondulador
1 está unido a una fase de la carga 3.
Como se verá con detalle más adelante, el
ondulador 1 está gobernado por modulación de impulsos en anchura,
corrientemente conocida como MIA, como también PWM en inglés
("Pulse Width Modulation"), por la lógica de control 4. Este
tipo de control permite tener una alimentación de tensión de
frecuencia variable y nivel de tensión variable. Se puede adaptar,
por lo tanto, para cada condición particular de funcionamiento de la
carga eléctrica (por ejemplo, de ser en modalidad alternador, se
tiene que proporcionar una cierta potencia para alimentar
dispositivos de consumo, se necesitará un vector tensión de norma
dada, y girando a una velocidad dada), el valor de las corrientes en
la carga así como sus frecuencias. En consecuencia, el mando por MIA
permite gobernar la carga con precisión.
Para gobernar un ondulador polifásico, la lógica
de control 4 define el estado abierto o cerrado del conjunto de los
interruptores del ondulador 1. Sin carácter limitativo, la lógica de
control 4 permite controlar de manera complementaria los
interruptores de un mismo brazo de puente. Ello permite evitar poner
en cortocircuito la fuente de alimentación.
El antagonismo de control de los interruptores
de un mismo brazo de puente y el número finito de interruptores hace
que sea finito el número de posibles configuraciones de los
interruptores de los brazos de puente.
Para el ondulador trifásico de dos niveles 1, se
pueden generar ocho diferentes configuraciones de los interruptores
de los brazos de puente. Con cada una de estas ocho configuraciones
se puede asociar una representación vectorial de las tensiones de
salida del ondulador, que se denominarán vectores de control del
ondulador Estos vectores de control son comúnmente conocidos como
vector de salida del ondulador.
El vector de control es una representación
matemática que traduce la resultante de las tensiones reales
aplicadas a la carga 3. De entre estas configuraciones, seis son
estados activos \vec{V}_{1} a \vec{V}_{6} correspondientes a
una amplitud del vector de control fija y se diferencian por la
fase, y dos, \vec{V}_{0} y \vec{V}_{7}, son estados llamados
de "libre circulación" para los que la amplitud del vector de
control es nula y su fase (\varphi = arco tangente y/x) no está
definida. Se apreciará que la fase de los vectores activos se define
como el ángulo orientado entre el eje alfa de una marca de
referencia estatórica (definida con detalle más adelante) y el
vector activo correspondiente. Así, para \vec{V}_{1}, la fase
vale 0, la fase de \vec{V}_{2} vale
60º, etc.
60º, etc.
En una realización no limitativa, un vector de
control producido por la lógica de control 4 incorpora tantas
funciones de conmutación SC como fases incorpore la carga 3. En el
caso del ejemplo tomado de un ondulador trifásico de tres niveles,
controlado complementariamente, se tienen tres funciones de
conmutación SC para un vector de
control.
control.
Los vectores de control producidos por la lógica
de control 4 se pueden representar en una marca de referencia
estatórica ilustrada en la Fig. 1b. La marca de referencia
estatórica es una marca de referencia de eje (\alpha, \beta)
fija relacionada con el estátor. El eje \alpha es horizontal y el
eje \beta es vertical. El eje \alpha está a 90 grados del eje
\beta. En un ejemplo preferido, el vector de control
\vec{V}_{1} se sitúa sobre el eje \alpha. Los extremos de los
vectores de control activos \vec{V}_{1} a \vec{V}_{6}
determinan un hexágono. El centro del hexágono está unido a cada uno
de los vértices mediante un vector de control activo. En una
realización no limitativa, los vectores de control activos
\vec{V}_{1} a \vec{V}_{6} están a 60 grados unos de otros.
Así, el hexágono se descompone en seis sectores activos SH, estando
conformado cada sector activo por dos vectores activos adyacentes y
teniendo su centro en el centro del hexágono.
En un ejemplo, el primer sector SH1 viene
representado por los vectores de control \vec{V}_{1} y
\vec{V}_{2} y así sucesivamente hasta el sexto sector SH6, que
viene representado por los vectores de control \vec{V}_{6} y
\vec{V}_{1}, incorporando cada uno de los vectores tres
funciones de conmutación SC en el ejemplo tomado.
Los vectores de control de libre circulación
\vec{V}_{0} y \vec{V}_{7}, al tener una amplitud nula, se
sitúan en la intersección del eje \alpha y del eje \beta. La
intersección del eje \alpha y del eje \beta es el centro de la
marca de referencia estatórica, que es asimismo el centro del
hexágono.
Así, en un ejemplo, las funciones de conmutación
SC de dichos vectores vienen representadas en la siguiente tabla.
Se tiene una correspondencia entre las combinaciones de las
funciones de conmutación SC y los vectores de control asociados.
Correspondiendo "0" a un control de cierre
del interruptor bajo de un brazo de puente y a un control de
apertura del interruptor alto del mismo brazo de puente; y
correspondiendo "1" a un control de apertura del interruptor
bajo de un brazo de puente y a un control de cierre del interruptor
alto del mismo brazo de puente.
Por ejemplo, si SC1 = 1, SC2 = 0 y SC3 = 0; el
interruptor de alto INT11 del primer brazo B1 está cerrado, el
interruptor de bajo INT12 del primer brazo B1 está abierto, el
interruptor de alto INT21 del segundo brazo B2 está abierto, el
interruptor de bajo INT22 del segundo brazo B2 está cerrado y, por
último, el interruptor de alto INT31 del tercer brazo B3 está
abierto y el interruptor de bajo INT32 del tercer brazo está
cerrado.
\newpage
La lógica de control 4 que permite controlar los
interruptores del ondulador se realiza, a menudo, en forma de
circuito integrado. En un ejemplo, Fig. 1a, esta lógica de control 4
incorpora:
- un microprocesador 8,
- una memoria de programa 9,
- y una interfaz de
entrada-salida 10, estando interconectados el
microprocesador 8, la memoria 9 y la interfaz de
entrada-salida 10 mediante un bus 11.
\vskip1.000000\baselineskip
En la práctica, cuando se atribuye una acción a
un dispositivo, ésta es realizada por un microprocesador del
dispositivo controlado mediante códigos de instrucción grabados en
una memoria de programa del dispositivo. La lógica de control 4 es
un dispositivo de este tipo.
La memoria de programa 9 está dividida en varias
zonas, correspondiendo cada zona a unos códigos de instrucción para
realizar una función del dispositivo. Así, la memoria 9
incorpora:
- una zona 12 que incorpora códigos de
instrucción para la puesta en práctica de la adquisición de las
consignas de tensión,
- una zona 13 que incorpora códigos de
instrucción para realizar un cálculo de las moduladoras en función
de la estrategia elegida (estrategia de intersección o estrategia
baricéntrica) como se va a ver con detalle más adelante,
- una zona 14 que incorpora códigos de
instrucción para determinar un vector tensión de consigna
\vec{V}^{*} en función de consignas de tensiones escalares
V1^{*}, V2^{*}, V3^{*} que son las tensiones que se desea
aplicar a la carga 3,
- una zona 15 que incorpora códigos de
instrucción para realizar una relación de orden entre las
moduladoras,
- una zona 16 que incorpora códigos de
instrucción para realizar una medición y una comparación de las
corrientes de fase de la carga 3,
- una zona 17 que incorpora códigos de
instrucción para determinar una cantidad de neutro en función del
resultado de la comparación de las corrientes de fase de la carga
3,
- una zona 18 que incorpora códigos de
instrucción para determinar una portadora para generar impulsos de
anchura variable en función de una o varías moduladoras,
- una zona 19 que incorpora códigos de
instrucción para realizar una comparación entre la portadora y las
moduladoras trasladadas la cantidad de neutro determinada,
- una zona 20 que incorpora códigos de
instrucción para realizar una elección de vectores de control a
partir de esta comparación,
- una zona 21 que incorpora códigos de
instrucción para realizar una aplicación de dichos vectores de
control en el ondulador 1.
\vskip1.000000\baselineskip
La Fig. 2 muestra el procedimiento de
funcionamiento de los medios ilustrados en la Fig. 1a. Semejante
procedimiento permite escoger, de manera simplificada, una sucesión
de vectores de control que comandan el ondulador 1 reduciendo al
propio tiempo, en este último, las pérdidas por conmutación.
En una primera etapa 30), la lógica de
control 4 adquiere tres consignas de tensiones escalares V1^{*},
V2^{*} y V3^{*} de cada uno de los tres brazos del ondulador 1.
Estas tres consignas de tensiones escalares V1^{*}, V2^{*} y
V3^{*} son las tensiones que se desea aplicar a la carga 3. Estas
tres consignas de tensiones escalares V1^{*}, V2^{*} y V3^{*}
pueden ser medidas o calculadas por la lógica de control 4.
Estas consignas pueden ser así calculadas
internamente por la lógica de control (gestión, por ejemplo, del
lazo de regulación de las comentes de fase de la carga en la lógica
de control). Se puede tener asimismo una lógica de control de
supervisión que proporciona las tensiones de consigna a la lógica de
control 4 por intermedio de un enlace serie, paralelo o CAN. Será
entonces necesario que la lógica de control 4 mida la información
proporcionada por el supervisor.
En una segunda etapa 31), la lógica de
control 4 determina, para cada brazo de puente del ondulador 1, una
moduladora correspondiente mod1, mod2, mod3. La lógica de control 4
puede determinar las moduladoras de varias maneras (estrategia de
intersección o estrategia baricéntrica, no limitativas) como se va a
ver con detalle a continuación, siendo dichas moduladoras función
de las consignas de tensión escalares. Se apreciará que una
moduladora representa un valor normalizado con relación a la tensión
de bus de continua de la consigna de tensión escalar de un brazo de
puente del ondulador. La intersección
moduladora-triángulo va a proporcionar las órdenes
de control por MIA del brazo de puente, como se va a ver con detalle
más adelante.
\vskip1.000000\baselineskip
En una primera realización no limitativa, la
lógica de control puede calcular las moduladoras según una
estrategia de intersección. En tal caso, la lógica de control 4 mide
o estima la tensión del bus de continua U_{DC}, preferentemente
cerca del ondulador 1 para obtener la tensión real disponible en
bornes de dicho ondulador 1. La lógica de control 4 determina la
moduladora de cada fase de la carga 3. La moduladora es asociada con
cada brazo de puente. Esta moduladora es, en un ejemplo no
limitativo, un valor normalizado de una consigna de tensión escalar
con relación a la tensión de fuente U_{DC}. Así, para cada una de
las tres consignas de tensiones escalares V1^{*}, V2^{*} y
V3^{*}, la lógica de control 4 determina respectivamente las tres
moduladoras mod1, mod2 y mod3.
Así, la normalización se efectúa como sigue:
siendo Máx el valor más elevado
alcanzado por una portadora triangular que se definirá más
adelante,
siendo Mín el menor valor alcanzado por la
portadora triangular.
\vskip1.000000\baselineskip
Lo que da con un valor Mín = -1 y Máx = 1:
Así,
Así, en este caso, la tensión Vs aplicada a la
salida de un brazo de puente es igual al control del brazo de puente
multiplicado por la tensión continua U_{DC}.
Así, para cada una de las tres consignas de
tensiones escalares V1^{*}, V2^{*} y V3^{*}, la lógica de
control 4 determina respectivamente las tres moduladoras mod1, mod2
y mod3.
\vskip1.000000\baselineskip
En una segunda realización no limitativa, la
lógica de control 4 puede determinar las moduladoras mod1, mod2 y
mod3 según una estrategia baricéntrica. Según esta estrategia, se
utilizan dos vectores activos y los dos vectores de libre
circulación sobre el período de control del ondulador 1 para
descomponer el vector tensión de consigna. Para tal fin, la lógica
de control aplica primero la etapa 32, antes de determinar las tres
moduladoras mod1, mod2 y mod3, en la etapa 31.
Se apreciará que el periodo de control del
ondulador representa el intervalo de tiempo en el que se va a
controlar una apertura y un cierre del interruptor alto del brazo de
puente (el control del interruptor es complementario). También se
habla de período de troceo.
Primeramente, la lógica de control 4 determina,
a partir de las tres consignas de tensión escalares V1^{*},
V2^{*} y V3^{*}, un vector tensión de consigna \vec{V}^{*}.
La lógica de control 4 puede determinar el vector tensión de
consigna \vec{V}^{*} según una transformación "Clarke"
conocida del experto en la materia.
En tal caso, la lógica de control 4 calcula las
dos componentes V^{*} x y V^{*} y que forman dicho
vector tensión de consigna \vec{V}^{*} según las siguientes
fórmulas:
Se apreciará que, naturalmente, se pueden
utilizar otras transformaciones, tal como la transformación de
"Concordia" conocida del experto en la materia. Ésta se
distingue por el factor de normalización.
En la etapa 32, la lógica de control 4 determina
la posición vectorial del vector tensión de consigna \vec{V}^{*}
en el hexágono formado por los vectores de control \vec{V}_{0} a
\vec{V}_{7} y, más particularmente, la posición del vector
tensión de consigna en uno de los sectores activos SH.
Este vector tensión de consigna \vec{V}^{*}
se encuentra en todo momento en uno de los seis sectores activos SH
del hexágono.
Así, para determinar su posición, se calcula la
fase del vector tensión de consigna que es igual a atan
(V^{*}y/V^{*}x). A continuación, se compara este
valor con la fase de los vectores tensión activos. Por ejemplo, si 0
< la fase del vector tensión de consigna < 60º, entonces el
vector tensión de consigna se encuentra en el primer sector.
A continuación, el vector tensión de consigna
\vec{V}^{*} se descompone sobre los dos vectores de control
activos adyacentes que componen el sector activo SH en el que se
encuentra, tal como se ilustra en la Fig. 1c.
En un ejemplo, el vector tensión de consigna
\vec{V}^{*} se descompone sobre los dos vectores de control
activos adyacentes \vec{V}_{1} y \vec{V}_{2} que componen el
sector activo SH1 en el que se encuentra, ilustrado en la Fig.
1c.
Esta descomposición permite determinar unos
coeficientes ti y tj tales que:
Donde Ts es el período según el cual es
controlado el ondulador. Y ti y tj corresponden a los tiempos de
aplicación de los vectores de control activos \vec{V}_{i} y
\vec{V}_{j} adyacentes sobre el período Ts, definiendo dichos
vectores de control activos el sector activo SH en el que se
encuentra el vector tensión de consigna \vec{V}^{*} como
anteriormente se ha visto. El sector activo SHN está definido por
los vectores de control activos adyacentes \vec{V}_{N} y
\vec{V}_{N \ + \ 1, \ i \ = \ 1 \ a \ 5}, y el sector activo SH6
está definido por los vectores de control activos adyacentes
\vec{V}_{6} y \vec{V}_{1}.
Una vez que son conocidos los tiempos de
aplicación ti y tj, es decir, después de la descomposición del
vector tensión de consigna \vec{V}^{*} dentro del sector activo
del hexágono en el que se encuentra, la lógica de control 4
determina las tres moduladoras mod1, mod2 y mod3 para el sector
activo SH concernido en función de los tiempos de aplicación de los
vectores de control y del periodo de control del ondulador 1 a
través de la siguiente tabla:
\vskip1.000000\baselineskip
La tabla siguiente se aplica para Mín = -1 y Máx
= 1.
\vskip1.000000\baselineskip
El tiempo t0 representa el tiempo de aplicación
de los vectores de libre circulación \vec{V}_{0} y
\vec{V}_{7}. El tiempo de aplicación t0 se determina según el
sector activo SH en el que se encuentra el vector tensión de
consigna \vec{V}^{*}.
Cuando el vector tensión de consigna
\vec{V}^{*} se encuentra en el primer sector activo SH1,
entonces t0 = Ts - t1 - t2.
Cuando se halla en el segundo sector activo, SH2
entonces t0 = Ts - t2 - t3. Y así sucesivamente hasta el sexto
sector activo SH6, donde t0 = Ts - t6 - t1.
Naturalmente, en el cálculo de moduladoras se
pueden utilizar otras estrategias.
Después de haber determinado las moduladoras de
cada brazo de puente según una estrategia de intersección o
baricéntrica, tal y como se ha descrito anteriormente, se determina
un brazo de puente que se va a bloquear, sin carácter limitativo,
bien con relación a un vector corriente \vec{I}, o bien con
relación a la posición de un vector tensión \vec{V}^{*} como se
va a ver a continuación
\vskip1.000000\baselineskip
En una primera realización, se determina el
brazo de puente que se va a bloquear con relación a las corrientes
de fase. En este caso, para determinar el brazo de puente que se va
a bloquear, la lógica de control 4 aplica las etapas 40 a 45. Por
bloqueo de un brazo de puente se entiende el mantenimiento de dicho
brazo de puente en un estado dado. En otras palabras, los estados de
los interruptores de dicho brazo de puente permanecen inalterados.
No hay conmutación del brazo.
En la etapa 40, la lógica de control determina
el brazo de puente que se va a bloquear con relación al vector
corriente \vec{I}. El bloqueo de un brazo de puente va a permitir
disminuir las pérdidas por conmutación en los interruptores.
A tal efecto, en la etapa 41, en una primera
variante de realización no limitativa, la lógica de control 4
selecciona en primer lugar dos brazos de puente, de entre los tres,
susceptibles de ser bloqueados en función de una relación de orden
entre las moduladoras mod1, mod2, mod3 de los tres brazos de puente,
siendo esta relación de orden, en un ejemplo no limitativo, una
comparación. Así, los dos brazos de puente seleccionados son el
brazo de puente que tiene la mayor moduladora mod_{M} y el brazo
de puente que tiene la menor moduladora mod_{m} según la
comparación de las tres moduladoras, no pudiendo ser bloqueado el
brazo de puente correspondiente a la moduladora intermedia sin
bloquear otro brazo e imposibilitar así la generación como promedio
del vector tensión de consigna \vec{V}^{*}, ya que estarían
disponibles sólo un vector de control activo y sólo un vector de
libre circulación.
En una segunda variante de realización no
limitativa, la lógica de control 4 selecciona los dos brazos de
puente susceptibles de ser bloqueados en función de una comparación
entre las tres consignas de tensiones escalares V1^{*}, V2^{*} y
V3^{*} ya que, cualquiera que sea el procedimiento de cálculo de
las moduladoras (en el presente caso, de intersección o
baricéntrico), la relación de orden entre las tres moduladoras es la
misma que entre las tres consignas de tensión escalares, a causa de
la relación que existe entre una moduladora y la correspondiente
consigna de tensión escalar Los dos brazos de puente seleccionados
son el brazo de puente que tiene la mayor consigna de tensión
escalar y el brazo de puente que tiene la menor consigna de tensión
escalar.
Para la continuación de las etapas, se hace
referencia a la primera variante.
La lógica de control 4, en la etapa 42, elige el
brazo de puente que se va a bloquear de entre los dos brazos de
puente anteriormente seleccionados. Ésta determina, por una parte,
la corriente de fase I_{M}, para el brazo de puente que tiene la
mayor moduladora mod_{M} y, por otra parte, la corriente de fase
I_{m}, para el brazo de puente que tiene la menor moduladora
mod_{m}. Para determinar el brazo de puente que será bloqueado, la
lógica de control 4 compara los valores absolutos de estas
corrientes de fase I_{M} e I_{m}. Ésta bloquea el brazo de
puente cuyo valor absoluto de la corriente de fase es el mayor en
valor absoluto. Si ello corresponde al brazo de puente que tiene la
mayor moduladora mod_{M}, entonces el brazo es bloqueado en estado
alto. Si ello corresponde al brazo de puente que tiene la menor
moduladora mod_{m}, entonces el brazo es bloqueado en estado
bajo.
En la etapa 43, la lógica de control 4 determina
una cantidad de neutro V_{n0} que se va a inyectar a las
moduladoras mod1, mod2 y mod3, en función del resultado de la
comparación.
En caso de que el valor absoluto de la corriente
de fase I_{m} de la moduladora más pequeña mod_{m} sea superior
al valor absoluto de la corriente de fase I_{M} de la moduladora
más grande mod_{M}, entonces la lógica de control 4 determina una
cantidad de neutro V_{n0} que es igual a un segundo valor mínimo
Mín menos la moduladora más pequeña mod_{m}. La cantidad de neutro
V_{n0} = Mín - mod_{m}. En el ejemplo tomado no limitativo, el
segundo valor mínimo Mín es igual a -1.
En caso contrario, la lógica de control 4
determina una cantidad de neutro V_{n0} que es igual a un primer
valor máximo Máx menos la moduladora más grande mod_{M}. La
cantidad de neutro V_{n0} = Máx - mod_{M}. En el ejemplo tomado
no limitativo, el primer valor máximo Máx es igual a +1.
Las moduladoras mod1, mod2 y mod3 son
trasladadas mediante adición de esta cantidad de neutro V_{n0}
determinada al objeto de bloquear un brazo.
Por otro lado, según una primera variante no
limitativa, si el valor absoluto de la corriente de fase
|I_{m}| de la moduladora más pequeña mod_{m} es igual al
valor absoluto de la corriente de fase |I_{M}| de la
moduladora más grande mod_{M}, entonces la cantidad de neutro
V_{n0} es igual a -1 - mod_{m}. La Fig. 2 ilustra esta primera
variante.
Según una segunda variante, si el valor absoluto
de la corriente de fase |I_{m}| de la moduladora más pequeña
mod_{m} es igual al valor absoluto de la corriente de fase
|I_{M}| de la moduladora más grande mod_{M}, entonces la
cantidad de neutro v_{n0} es igual a i - mod_{M}.
En la etapa 44, la lógica de control 4 determina
al menos una simple portadora 40. Esta simple portadora 40 es una
señal cuyo periodo es el período de troceo. La lógica de control 4
puede determinar asimismo tantas simples portadoras como brazos de
puente haya. En tal caso, cada moduladora de un brazo de puente es
comparada con la portadora correspondiente. Estas portadoras pueden
ser diferentes entre sí.
En el ejemplo de la Fig. 2, la lógica de control
4 determina una sola simple portadora para los tres brazos de
puente. Esta portadora 40 es un triángulo de manera que se verifica
con una linealidad entre una moduladora y el valor medio del impulso
generado sobre el correspondiente brazo sobre el período Ts de
control del ondulador 1. En el ejemplo tomado en la Fig. 4, este
triángulo se toma entre un primer valor máximo Máx, en el presente
caso igual a 1, y un segundo valor mínimo Mín, en el presente caso
igual a -1, respectivamente para el vértice y la base. En una
realización no limitativa, esta simple portadora 40 es un triángulo
isósceles. Además, preferentemente, el vértice apunta hacia arriba,
es decir, el vértice se encuentra en el primer valor máximo Máx =
+1, y la base se encuentra en el segundo valor mínimo Mín = -1.
En otra realización, esta simple portadora 40
puede ser cualquier triángulo que permita modificar, aunque no sea
la anchura de los impulsos, la posición de dichos impulsos en el
período de troceo e incluso la polaridad de dichos impulsos (vértice
apuntando hacia abajo).
En otra realización, la portadora 40 puede ser
asimismo una sucesión de triángulos cuyo período es el periodo de
troceo Ts del ondulador 1.
Esta portadora 40 puede ser asimismo un
triángulo cuyo vértice apunta hacia abajo, es decir, el vértice se
encuentra en el segundo valor mínimo Mín = -1, y la base se
encuentra en el primer valor máximo Máx = +1.
\newpage
Se apreciará que el período de troceo Ts no es
necesariamente constante en la utilización del ondulador a fin de
ensanchar el espectro de las tensiones de salida del ondulador 1 y,
con ello, también el período de la portadora. Este ensanchamiento de
espectro permite modificar el ruido acústico generado por la carga
polifásica 3.
Como se describirá en la Fig. 4 (para más
detalles, véase el párrafo comparación con una simple portadora
descrito más adelante), la lógica de control 4 compara la portadora
40 con las tres moduladoras trasladadas la cantidad de neutro
V_{n0}. En función de esta comparación, la lógica de control 4
determina, en la etapa 45, las órdenes de control SC para cada uno
de los tres brazos de puente del ondulador 1 (más particularmente,
las combinaciones de las órdenes de control que determinan una
sucesión de vectores de control) a fin de generar como promedio el
vector tensión de consigna \vec{V}^{*} que se va a aplicar a la
carga 3 mediante dicho ondulador 1 para gobernar dicha carga.
Estas órdenes de control son funciones de
conmutación SC de los interruptores de los brazos de puente.
Así, esta técnica del movimiento de la cantidad
de neutro V_{n0} permite reducir los requerimientos del ondulador
1 en lo que respecta a pérdidas, haciendo una simple intersección
entre las nuevas moduladoras trasladadas. Esta reducción de los
requerimientos del ondulador 1 limita las pérdidas por conmutación.
En efecto, esta técnica permite bloquear un brazo de puente.
La lógica de control 4 aplica al ondulador 1 las
órdenes de control determinadas en la etapa 45.
Determinación del brazo bloqueado con relación a
la posición del vector tensión de consigna \vec{V}^{*}.
En una segunda realización, se determina el
brazo de puente que se va a bloquear con relación al vector tensión
de consigna \vec{V}^{*} y, más particularmente, la posición
sectorial del vector tensión de consigna en uno de los sectores
angulares SA de la marca de referencia estatórica. En este caso,
para determinar el brazo de puente que se va a bloquear, la lógica
de control 4 aplica las etapas 50 a 55.
En este caso, la marca de referencia estatórica
está subdividida en sectores angulares SA ilustrados en la Fig.
3.
Cada sector angular tiene su vértice en el
centro de la marca de referencia estatórica y forma un ángulo de
60º.
Cada uno de los vectores de control activos
corta en dos partes iguales a cada uno de los sectores angulares. La
marca de referencia estatórica incorpora seis sectores angulares SA.
El primer sector angular SA1 está cortado en dos partes iguales por
el vector de control \vec{V}_{1} y así sucesivamente hasta el
sexto sector angular SA6, que está cortado por el vector de control
\vec{V}_{6}.
En la etapa 50, la lógica de control 4 determina
el brazo de puente que se va a bloquear con relación al vector
tensión de consigna \vec{V}^{*}. En la etapa 51, la lógica de
control 4 determina la posición sectorial del vector tensión de
consigna \vec{V}^{*} en los sectores angulares de la marca de
referencia estatórica. La posición sectorial del vector tensión de
consigna \vec{V}^{*} en la marca de referencia estatórica
determina el estado alto o el estado bajo del brazo de puente que se
va a bloquear.
Se apreciará que por bloqueo de un brazo de
puente se entiende el mantenimiento de dicho brazo de puente en un
estado dado. En otras palabras, los estados de los interruptores de
dicho brazo de puente permanecen inalterados. No hay conmutación del
brazo.
El estado alto o el estado bajo de un brazo de
puente define cuál de los dos interruptores de dicho brazo de puente
está en conducción. Este estado alto y este estado bajo se definen
en general por comodidad. En una realización no limitativa, se
define el estado alto cuando los interruptores situados en la parte
alta de cada brazo de puente del ondulador están cerrados. Y se
define el estado bajo cuando estos mismos interruptores están
abiertos. El hecho de conocer el estado de uno de los interruptores
de un brazo de puente informa automáticamente sobre el estado del
otro interruptor de dicho brazo de puente, ya que su funcionamiento
es, en el presente caso, complementario.
El brazo de puente que se va a bloquear es
función de la posición sectorial del vector tensión de consigna
\vec{V}^{*} en los sectores angulares SA de la marca de
referencia estatórica como sigue:
- si el vector tensión de consigna
\vec{V}^{*} se halla en el primer sector angular SA1, entonces
el primer brazo B1 es bloqueado en estado alto,
- si el vector tensión de consigna
\vec{V}^{*} se halla en el segundo sector angular SA2, entonces
el tercer brazo B3 es bloqueado en estado bajo,
- si el vector tensión de consigna
\vec{V}^{*} se halla en el tercer sector angular SA3, entonces
el segundo brazo B2 es bloqueado en estado alto,
- si el vector tensión de consigna \vec{V}se
halla en el cuarto sector angular SA4, entonces el primer brazo B1
es bloqueado en estado bajo.
- si el vector tensión de consigna
\vec{V}^{*} se halla en el quinto sector angular SA5, entonces
el tercer brazo B3 es bloqueado en estado alto.
- si el vector tensión de consigna
\vec{V}^{*} se halla en el sexto sector angular SA6, entonces el
segundo brazo B2 es bloqueado en estado bajo.
En la etapa 52, la lógica de control 4 determina
una cantidad de neutro V_{n0} que se va a inyectar a las
moduladoras mod1, mod2 y mod3, en función de la posición del vector
tensión de consigna \vec{V}^{*} en los sectores angulares SA de
la marca de referencia estatórica.
Cuando se ha de bloquear el brazo de puente Bj
en estado alto, entonces la lógica de control determina una cantidad
de neutro V_{n0} = Máx - mod_{j}. Cuando se ha de bloquear el
brazo de puente Bj en estado bajo, entonces la lógica de control
determina una cantidad de neutro V_{n0} = Mín - mod_{j}. En el
ejemplo que nos ocupa, se toma Máx = +1 y Mín = -1.
En la etapa 53, la lógica de control 4 traslada
las moduladoras mod1, mod2 y mod3 esta cantidad de neutro V_{n0}
determinada. Esta traslación es una adición de la cantidad de neutro
V_{n0} a las moduladoras mod1, mod2 y mod3.
Así, por ejemplo, si se tiene que bloquear el
primer brazo B1 en estado alto, entonces la cantidad de neutro
V_{n0} que se va a añadir a las tres moduladoras mod1, mod2 y
mod3 es igual a 1 - mod_{1}. Se obtiene así, para mod1, el valor
+1, para mod2, el valor mod2 + 1 - mod1, y para mod3, el valor mod3
+ 1 - mod1.
En la etapa 54, la lógica de control 4 determina
al menos una portadora 40. Esta portadora es una portadora
simple.
Ésta incorpora las mismas características que
las descritas en el anterior párrafo "Determinación del brazo
bloqueado con relación a la posición del vector corriente
\vec{I}".
Como se describirá en la Fig. 4 (para más
detalles, véase el párrafo sobre la comparación con una simple
portadora descrito más adelante), la lógica de control 4 compara la
portadora con las tres moduladoras trasladadas la cantidad de neutro
V_{n0}.
En función de esta comparación, la lógica de
control 4 determina, en la etapa 55, los órdenes de control SC para
cada uno de los tres brazos de puente del ondulador 1 (más
particularmente, las combinaciones de las órdenes de control que
determinan una sucesión de vectores de control) a fin de generar
como promedio el vector tensión de consigna \vec{V}^{*} que se
va a aplicar a la carga 3 mediante dicho ondulador 1 para gobernar
dicha carga.
Estas órdenes de control son funciones de
conmutación SC de los interruptores de los brazos de puente.
La lógica de control 4 aplica al ondulador 1
esta sucesión de vectores de control correspondientes a las órdenes
de control generadas, determinadas en la etapa 55.
Así, esta técnica del movimiento de la cantidad
de neutro V_{n0} permite por tanto reducir los requerimientos del
ondulador 1 en lo que respecta a pérdidas, haciendo una simple
intersección entre las nuevas moduladoras trasladadas. Esta
reducción de los requerimientos del ondulador 1 limita las pérdidas
por conmutación. En efecto, esta técnica permite bloquear un brazo
de puente.
\vskip1.000000\baselineskip
Este párrafo describe de forma detallada la
utilización de una portadora simple para determinar las órdenes de
control que se van a enviar a los brazos de puente del ondulador.
Esta portadora simple es una señal cuyo período es el período de
troceo. La lógica de control 4 puede determinar asimismo tantas
simples portadoras como brazos de puente haya. En tal caso, cada
moduladora de un brazo de puente es comparada con la portadora
simple correspondiente. Estas portadoras simples pueden ser
diferentes entre sí.
En el ejemplo de la Fig. 4, la lógica de control
4 determina una sola portadora simple para los tres brazos de
puente. Esta simple portadora 40 es un triángulo de manera que se
verifica una linealidad entre una moduladora y el valor medio del
impulso generado sobre el correspondiente brazo sobre el período Ts
de control del ondulador 1. En el ejemplo tomado en la Fig. 4, este
triángulo se toma entre un primer valor máximo Máx, en el presente
caso igual a 1, y un segundo valor mínimo Mín, en el presente caso
igual a -1, respectivamente para el vértice y la base. En una
realización no limitativa, esta portadora simple 40 es un triángulo
isósceles. Además, sin carácter limitativo, el vértice apunta hacia
arriba, es decir, el vértice se encuentra en el primer valor máximo
Máx = +1 y la base se encuentra en el segundo valor mínimo Mín =
-1.
En otra realización, esta portadora 40 puede ser
cualquier triángulo que permita modificar, aunque no sea la anchura
de los impulsos, la posición de dichos impulsos en el período de
troceo, e incluso la polaridad de dichos impulsos (vértice apuntando
hacia abajo).
En otra realización, la portadora 40 puede ser
asimismo una sucesión de triángulos cuyo periodo es el período de
troceo Ts del ondulador 1.
Esta portadora 40 puede ser asimismo un
triángulo cuyo vértice apunta hacia abajo, es decir, el vértice se
encuentra en el segundo valor mínimo Mín = -1, y la base se
encuentra en el primer valor máximo Máx = +1.
Se apreciará que el período de troceo Ts no es
necesariamente constante en la utilización del ondulador a fin de
ensanchar el espectro de las tensiones de salida del ondulador 1 y,
con ello, también el período de la portadora. Este ensanchamiento de
espectro permite modificar el ruido acústico generado por la carga
polifásica 3.
La Fig. 4 muestra la comparación entre la simple
portadora 40 y las tres moduladoras mod1, mod2 y mod3 trasladadas la
cantidad de neutro V_{n0}.
En la Fig. 4, el primer cronograma presenta un
eje cuyas abscisas representan el tiempo y las ordenadas, valores
normalizados de tensión, y los tres otros cronogramas presentan un
eje cuyas abscisas representan el tiempo y las ordenadas, las
funciones de conmutación SC de cada uno de los tres brazos de
puente, respectivamente.
En el ejemplo de la Fig. 4, la moduladora mod1
es calculada para el brazo de puente B1, la moduladora mod2 es
calculada para el brazo de puente B2 y la moduladora mod3 es
calculada para el brazo de puente B3.
La moduladora mod3 es, en el ejemplo de la Fig.
4, la menor moduladora entre las tres moduladoras y la moduladora
mod1 es la mayor. La más grande de las moduladoras mod_{M} iguala
a la moduladora mod1. En este caso, la lógica de control 4 bloquea
el brazo de puente B1 ya que la corriente 11 es superior a la
corriente 13 en valor absoluto. En consecuencia, la cantidad de
neutro que se ha de añadir a las tres moduladoras es V_{n0}= 1 -
mod1. El brazo de puente B1 bloqueado en estado alto tiene su
moduladora trasladada valiendo +1.
El brazo de puente B1 bloqueado en estado alto
presenta en la intersección con la portadora 40 triangular no un
intervalo de tiempo (en el vértice de la portadora, en la
intersección de la portadora triangular y de la moduladora mod1
+V_{n0}), sino más bien una intersección puntual, como muestra la
Fig. 4. El brazo de puente B1 no cambia pues de estado.
La comparación entre la portadora 40 y las
moduladoras trasladadas permite definir la sucesión de las órdenes
de control SC que se van a aplicar al ondulador. Así, la
intersección entre las moduladoras trasladadas y la portadora 40
determina un control de tipo impulsivo (flanco creciente:
interruptor alto se cierra, interruptor bajo se abre; y flanco
decreciente: interruptor alto se abre e interruptor bajo se cierra)
sobre cada uno de los brazos de puente B2 y B3 que se van a
conmutar. En consecuencia, la lógica de control 4 controla el
ondulador mediante una sucesión de vectores de control.
Dependiendo de la descomposición del vector
tensión de consigna en un sector del hexágono, la lógica de control
4 elige el vector de libre circulación apropiado. En el ejemplo de
la Fig. 4, el vector de libre circulación elegido es el vector
V7.
Así, en el instante t0, el brazo de puente B1
está bloqueado en estado alto, su moduladora trasladada la cantidad
de neutro V_{n0} presenta una recta horizontal a +1. En ese
instante t0, las moduladoras trasladadas de los brazos de puente B2
y B3 se encuentran fuera de la portadora 40, es decir, no presentan
intersección con dicha portadora y se sitúan al exterior de la
superficie del triángulo formado por la portadora. Los interruptores
de estos dos brazos de puente se hallan en estado alto. En este
Intervalo, las funciones de conmutación correspondientes valen +1.
Estos dos brazos permanecen pues en estado alto. Por tanto, no
cambian de estado.
En el instante t1, la moduladora mod3 + V_{n0}
entra en contacto con uno de los lados de la portadora 40. La lógica
de control 4 envía al brazo de puente B3 una orden de control SC.
Esta orden de control conmuta el brazo de puente B3. El brazo de
puente B3 cambia de estado y pasa pues al estado bajo.
En el instante t2, la moduladora mod2 + V_{n0}
entra en contacto con uno de los lados de la portadora 40. La lógica
de control 4 envía al brazo de puente B2 una orden de control SC.
Esta orden de control conmuta el brazo de puente B2. El brazo de
puente B2 cambia pues de estado y pasa al estado bajo.
En el intervalo t2 a t3, la moduladora mod2 +
V_{n0} se encuentra en el triángulo de la portadora 40, es decir,
no presenta intersección con dicha portadora y se sitúa en el
interior de la superficie del triángulo formado por la portadora.
Durante todo este periodo, el brazo de puente B2 permanece en estado
bajo.
En el instante t3, la moduladora mod2 + V_{n0}
entra nuevamente en contacto con otro de los lados de la portadora
40. A partir de ese instante, la lógica de control 4 envía al brazo
de puente B2 una orden de control SC. Esta orden de control conmuta
el brazo de puente B2 al estado alto.
En el intervalo t1 a t4, la moduladora mod3 +
V_{n0} se encuentra en el triángulo de la portadora 40. Durante
todo este período, el brazo de puente B3 permanece en estado
bajo.
En el instante t4, la moduladora mod3 + V_{n0}
entra nuevamente en contacto con otro de los lados de la portadora
40. A partir de ese instante, la lógica de control 4 envía al brazo
de puente B3 una orden de control SC. Esta orden de control conmuta
el brazo de puente B3 al estado alto.
Se apreciará que el establecimiento de las
órdenes de control SC mediante el procedimiento de intersección
entre una moduladora y una portadora triangular conlleva que las
órdenes de control SC del ondulador están en condiciones de todo o
nada. Por otro lado, dependiendo del valor de la moduladora, la
anchura de los impulsos resultantes es variable. Hay, pues, una
modulación de anchura de impulso y, por tanto, un mando del
ondulador por MIA. Es lo que se ha visto en la Fig. 4.
Por último, el procedimiento descrito de la
invención funciona tanto en régimen permanente como en régimen
dinámico. En efecto, esto funciona en régimen dinámico ya que no hay
que preocuparse de la evolución temporal de las corrientes de fase.
Se las considera sólo un instante. Tenemos por tanto en el presente
caso un funcionamiento discreto.
Claims (14)
1. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) destinado a controlar una carga eléctrica (3) que
incorpora varias fases, estando destinado el puente de potencia (1)
a unirse con la carga eléctrica (3) a través de varios brazos (B1,
..., B3), al menos uno por fase, y estando destinado a ser gobernado
mediante funciones de conmutación (SC1, SC2, SC3), determinando
dichas funciones de conmutación vectores de control
(\vec{V}_{0}, ..., \vec{V}_{7}) para controlar la carga,
subdividiéndose dichos vectores de control (\vec{V}_{0}, ...,
\vec{V}_{7}) en vectores de control de libre circulación
(\vec{V}_{0}, \vec{V}_{7}) y en vectores de control activos
(\vec{V}_{1}, ..., \vec{V}_{6}), incluyendo dicho
procedimiento la aplicación de un procedimiento de producción de
funciones de conmutación que produce un reducido número de
combinaciones de funciones de conmutación correspondientes a
vectores de control de libre circulación (\vec{V}_{0},
\vec{V}_{7}) para producir una sucesión de vectores de control,
caracterizado porque dicho procedimiento de producción de
funciones de conmutación comprende una etapa de selección de al
menos dos brazos de puente susceptibles de ser bloqueados en
función de una relación de orden y una etapa de bloquear, durante
todo un periodo de troceo (Ts) del puente de potencia (1), uno de
dichos al menos dos brazos de puente susceptibles de ser
bloqueados.
2. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque
el procedimiento de producción de funciones de conmutación incluye
una etapa de determinación de una moduladora (mod1, mod2, mod3)
asociada a cada brazo del puente (B1, B2, B3) a partir de consignas
de tensión escalares (V1^{*}, V2^{*}, V3^{*}), porque la
determinación de una moduladora se efectúa según una estrategia de
intersección o una estrategia baricéntrica.
3. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) según la reivindicación precedente,
caracterizado porque la relación de orden es una comparación
entre las moduladoras (mod1, mod2, mod3) asociadas a los brazos (B1,
B2, B3) de puente.
4. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) según la reivindicación precedente 2 ó 3,
caracterizado porque los brazos de puente seleccionados
corresponden a los brazos de puente que tienen la mayor moduladora
(mod_{M}) y la menor moduladora (mod_{m}).
5. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) según la reivindicación precedente 2 ó 4,
caracterizado porque el brazo de puente que se va a bloquear
se elige de entre los brazos de puenseleccionados y es el que
incorpora la corriente de fase (I_{M}, I_{m}) mayor en valor
absoluto de entre las corrientes de fase respectivamente
correspondientes a la mayor de las moduladoras (mod_{M}) y la
menor de las moduladoras (mod_{m}) de entre las moduladoras
(mod1, mod2, mod3) asociadas a los brazos de puente (B1, B2,
B3).
6. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) según la reivindicación precedente,
caracterizado porque, si el brazo de puente que se va a
bloquear es el que corresponde a la mayor de las moduladoras,
entonces el brazo de puente es bloqueado en estado alto y, si el
brazo de puente que se va a bloquear es el que corresponde a la
menor de las moduladoras, entonces el brazo de puente es bloqueado
en estado bajo.
7. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) según una de las reivindicaciones precedentes 2 a 6,
caracterizado porque el procedimiento de producción de las
funciones de conmutación incluye además una etapa de determinar una
cantidad de neutro (V_{n0}) que ha de añadirse a una moduladora en
función de un estado alto o bajo de un brazo de puente que se va a
bloquear.
8. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) según la reivindicación precedente,
caracterizado porque:
- si un brazo (Bj) se tiene que bloquear en
estado alto, entonces la cantidad de neutro (v_{n0}) es igual a un
primer valor máximo (Máx) menos la moduladora asociada a dicho brazo
(v_{n0} = Máx - mod_{j}), y
- si el brazo (Bj) se tiene que bloquear en
estado bajo, entonces la cantidad de neutro (v_{n0}) es igual a un
segundo valor mínimo (Mín) menos la moduladora asociada a dicho
brazo (v_{n0}o = Mín - mod_{j}).
\vskip1.000000\baselineskip
9. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) según una de las reivindicaciones precedentes 2 a 8,
caracterizado porque el procedimiento de producción de
funciones de conmutación incluye una etapa de comparación de
moduladoras trasladadas una cantidad de neutro con una portadora
simple, asociándose una moduladora a cada brazo de puente,
definiendo dicha comparación funciones de conmutación (SC) para
gobernar dicho puente.
10. Procedimiento según la reivindicación
precedente, caracterizado porque la portadora simple es un
triángulo isósceles que incorpora un vértice que se encuentra a un
valor máximo (Máx) y una base que se encuentra a un valor mínimo
(Mín).
11. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) según una de las reivindicaciones precedentes 2 a 10,
caracterizado porque la etapa de bloqueo de un brazo de
puente es función de la posición de un vector tensión de consigna
(\vec{V}^{*}) en un dominio del plano determinado por vectores
de control (\vec{V}_{0}, ..., \vec{V}_{7}), siendo
determinado el vector tensión de consigna (\vec{V}^{*}) a partir
de consignas de tensión escalares (V1^{*}, V2^{*},
V3^{*}).
12. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) según la reivindicación precedente,
caracterizado porque el dominio del plano queda definido en
una marca de referencia estatórica, subdividiéndose dicha marca de
referencia estatórica en sectores angulares (SA) y porque la etapa
de bloqueo de un brazo de puente en un estado alto o un estado bajo
es función de la posición del vector tensión de consigna
(\vec{V}^{*}) en uno de los sectores angulares (SA).
13. Procedimiento según la reivindicación
precedente, caracterizado porque:
- si el vector tensión de consigna
(\vec{V}^{*}) se halla en un primer sector angular (SA1),
entonces el primer brazo (B1) es bloqueado en estado alto,
- si el vector tensión de consigna
(\vec{V}^{*}) se halla en un segundo sector angular (SA2),
entonces el tercer brazo (B3) es bloqueado en estado bajo,
- si el vector tensión de consigna
(\vec{V}^{*}) se halla en un tercer sector angular (SA3),
entonces el segundo brazo (B2) es bloqueado en estado alto,
- si el vector tensión de consigna
(\vec{V}^{*}) se halla en un cuarto sector angular (SA4),
entonces el primer brazo (B1) es bloqueado en estado bajo,
- si el vector tensión de consigna
(\vec{V}^{*}) se halla en un quinto sector angular (SA5),
entonces el tercer brazo (B3) es bloqueado en estado alto,
- si el vector tensión de consigna (\vec{V})
se halla en un sexto sector angular (SA6), entonces el segundo brazo
(B2) es bloqueado en estado bajo.
\vskip1.000000\baselineskip
14. Procedimiento de mando de un puente de
potencia (1) según una de las reivindicaciones precedentes 1 a 13,
caracterizado porque la etapa de bloqueo de un brazo de
puente es función de un vector corriente (\vec{V}^{*}).
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