ES2582679B1 - Sistema de conmutación suave entre circuitos de alimentación, independientes, de una carga común - Google Patents

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Abstract

Sistema de conmutación suave entre circuitos de alimentación, independientes, de una carga común.#El sistema comprende:#- unos circuitos de alimentación (C1, C2) independientes con unas respectivas líneas eléctrica conmutables, para conectar en serie, de manera alternativa, una respectiva de dos fuentes de alimentación (0a una carga (7); y#- unos medios de control de la conmutación de las parejas de semiconductores de potencia (2), que incluyen una unidad de control (4) para cada línea eléctrica conmutable y un bloque de control principal (5) que gobierna a dichas unidades (4), en su operativa de conmutación en función de una señal de voluntad de cambio de circuito de conmutación.

Description

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Sistema de conmutacion suave entre circuitos de alimentacion, independientes, de una
carga comun DESCRIPCION
Sector de la tecnica
La presente invention concierne a un sistema de conmutacion suave entre circuitos de alimentacion de una carga comun, siendo dichos circuitos de alimentacion independientes entre si, en especial de corriente alterna, aplicado a intercambiar circuitos sin perdidas ni cortes en el momento del cambio entre un circuito y otro obteniendo asi una gran flexibilidad a la hora de conmutar entre circuitos sin afectar a las cargas conectadas.
Estado de la tecnica anterior
Existen numerosos sistemas y equipos que constituyen cargas que son alimentadas, de manera alternativa, por sistemas de alimentacion electrica que incluyan diferentes circuitos de alimentacion enseriados con la carga, por diversas causas, tales como las relativas a la necesidad de disponer de sistemas de alimentacion auxiliares por si se produce un corte en la alimentacion proporcionada por el sistema de alimentacion principal, para lo cual se utilizan sistemas de "back-up”, o, por ejemplo, las relativas al requerimiento de sistemas de alimentacion de alta eficiencia energetica multifasicos.
Con referencia a los sistemas de "back up”, en general en todos los casos, pero sobre todo para algunas aplicaciones cnticas, tales como las asociadas a algunos sistemas industriales o, por ejemplo, a equipos electricos de hospitales, es necesario que los sistemas de "back up” mantengan constantemente alimentadas a las cargas, ya que estas no pueden quedarse nunca sin alimentacion, sin microcortes ni saltos en la onda de la senal electrica de alimentacion.
Los sistemas de conmutacion entre circuitos de alimentacion de una carga comun conocidos en el estado de la tecnica son claramente mejorables, ya que no consiguen ofrecer unos resultados que garanticen los mencionados objetivos, en particular que las cargas conectadas a los mismos no se queden sin alimentacion ni sufran de efectos provocados por los sistemas de conmutacion.
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Explication de la invention
Aparece necesario ofrecer una alternativa al estado de la tecnica que cubra las lagunas halladas en el mismo, ofreciendo una conmutacion entre circuitos de alimentation mas ventajosa que la ofrecida por los sistemas de conmutacion conocidos.
Con tal fin, la presente invencion concierne, a un sistema de conmutacion suave entre circuitos de alimentacion de una carga comun, que comprende:
- al menos dos circuitos de alimentacion, independientes, cada uno de ellos con al menos una lmea electrica conmutable, cada una de ellas incluyendo al menos una pareja de semiconductores de potencia donde uno esta configurado y dispuesto para operar en la parte positiva de la senal alterna y el otro para hacerlo en la parte negativa (es decir, cada uno encargado de tratar un correspondiente ciclo de la senal) , estando cada una de dichas lmeas electricas conmutables previstas para conectar en serie, de manera alternativa, una respectiva de dos fuentes de alimentacion de corriente alterna a una carga comun, o una unica fuente de alimentacion que alimenta ambos circuitos; y
- unos medios de control automaticos configurados y dispuestos para controlar la conmutacion de las parejas de semiconductores de potencia, mediante el envio de unas senales de control, para realizar una conmutacion secuencial y alternativa de las parejas de semiconductores de potencia en funcion de:
- la reception (por ejemplo desde el exterior) de una senal de voluntad de cambio de circuito de conmutacion y/o la generation de la misma en funcion de unas condiciones de conmutacion preestablecidas en los medios de control,
- de que la senal de tension existente entre los extremos de la pareja de semiconductores de potencia que se encuentra activa, o la senal de corriente circulante por la misma, pase por cero; y
- de que dicho paso por cero se produzca con una pendiente de dicha senal de tension o de corriente que tenga el mismo signo, positivo o negativo, que la pendiente de la senal de tension o de corriente de la pareja de semiconductores de potencia a activar.
El sistema se puede reproducir de forma modular para el caso de que existan multiples circuitos de alimentacion y multiples cargas a ser alimentadas.
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Para un ejemplo de realization la citada pareja de semiconductores de potencia es una pareja de tiristores dispuestos en antiparalelo.
Alternativamente, para otros ejemplos de realizacion, los mencionados semiconductores de potencia son de otro tipo, tales como IGBTs, MOSFETs, etc.
De acuerdo con un ejemplo de realizacion, los mencionados medios de control comprenden unas respectivas entradas para recibir a dicha senal de voluntad de cambio de circuito de conmutacion, la cual proviene del exterior del sistema o del propio sistema, y/o unas senales de medida de las senales de tension existentes entre los extremos de las parejas de semiconductores de potencia y/o de las senales de corriente circulantes por las mismas, estando los medios de control configurados para procesar, digital o analogicamente, dichas senales recibidas con el fin de generar dichas correspondientes senales de control.
Para un ejemplo de realizacion, el sistema de conmutacion de la presente invention comprende unos sensores de corriente y/o de tension, dispuestos en cada una de las lmeas electricas conmutables, y que proporcionan las mencionadas senales de medida a los medios de control.
Segun una implementation, los medios de control comprenden como mmimo dos unidades de control, cada una de ellas asociada a una de dichas lmeas electricas conmutables, y que operan de manera sincronizada para realizar la citada conmutacion secuencial y alternativa sin que la carga comun se quede sin alimentation en ningun momento.
Ventajosamente, los medios de control comprenden tambien un bloque de control principal que incluye la mencionada entrada para recibir dicha senal de voluntad de cambio de circuito de conmutacion y/o unas entradas de senales de medida y/o unas entradas de parametros del sistema que permitan establecer condiciones de conmutacion, y unas salidas conectadas a unas respectivas entradas de dichas unidades de control para controlarlas enviandoles unas correspondientes senales de control, ya sea dicha senal de voluntad de cambio de circuito de conmutacion o una senal relacionada con la misma o con dichas condiciones de conmutacion.
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Opcionalmente, el sistema de conmutacion propuesto por la presente invention comprende un dispositivo generador de la citada senal de voluntad de cambio de circuito de conmutacion, siendo dicho dispositivo accionable manualmente por un usuario u operando de manera automatica, generandose dicha senal en funcion de unas condiciones de conmutacion preestablecidas en los medios de control,
De acuerdo a un ejemplo de realization, el sistema de conmutacion de la presente invencion comprende sendos fusibles de apertura ultra rapida, cada uno de ellos dispuesto en una de las lmeas electricas conmutables, en un punto previo a la respectiva pareja de semiconductores de potencia que en uso esta mas proximo a la correspondiente fuente de alimentation de corriente alterna que a la carga comun, es decir instalado aguas arriba de las parejas de semiconductores de potencia.
En una realizacion particular cada pareja de tiristores se encuentra conectada a una correspondiente red Snubber.
Para una implementation particular, el sistema de conmutacion propuesto por la presente invencion comprende una carcasa que alberga en su interior a como mmimo parte de los medios de control y a los circuitos de alimentacion conmutables, y que comprende unas aberturas a traves de las cuales quedan accesibles desde el exterior los extremos de cada una de las lmeas electricas conmutables, con el fin de que un instalador pueda conectarlos facilmente a las salidas de la fuente o fuentes de alimentacion, por un lado, y la carga comun, por el otro.
De acuerdo a un ejemplo de realizacion, cada uno de los circuitos de alimentacion constituye un sistema monofasico donde cada lmea electrica conmutable es una fase.
Para un ejemplo de realizacion alternativo, cada uno de los circuitos de alimentacion constituye un sistema polifasico, por ejemplo bifasico o trifasico, donde cada lmea electrica conmutable es una fase, donde dichos medios de control automaticos estan configurados y dispuestos para controlar la conmutacion de las parejas de semiconductores de potencia manteniendo el sentido de giro de las fases.
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Por lo que se refiere al anteriormente mencionado bloque de control principal, en general este tiene unas entradas para recibir medidas de unos sensores de corriente y/o de tension y/o de temperatura y/u otros sensores dispuestos en cada una de las lmeas electricas conmutables y/o en cualquier otro punto del sistema, estando el bloque de control principal configurado y dispuesto para controlar a las unidades de control en funcion de unas condiciones de seguridad asociadas a dichas medidas, para implementar unas acciones de seguridad mediante la conmutacion de a las parejas de semiconductors de potencia para que conduzcan o para que dejen de conducir y/o para la generation de alarmas.
Segun variantes de dicho ejemplo de realization, las mencionadas acciones de seguridad son como mmimo una de las siguientes acciones de seguridad:
- desconexion respecto a las fuentes de alimentation si se invierte el sentido de giro de las fases constituidas por las lmeas electricas conmutables de cada circuito de alimentacion conmutable, y reconexion si se cambia al sentido correcto;
- desconexion respecto a las fuentes de alimentacion y/o emision de senal de alarma si se produce una asimetna en las tensiones de las fases constituidas por las lmeas electricas conmutables de cada circuito de alimentacion conmutable con un porcentaje mayor a un valor preestablecido, y reconexion y/o cese de la emision de la senal de alarma si la asimetna desaparece; y
- emision de una senal alarma y/o desconexion respecto a las fuentes de alimentacion si las medidas proporcionadas por dichos sensores de temperatura alcanzan un valor determinado.
El sistema de conmutacion propuesto por la presente invention permite realizar la conmutacion de circuitos enseriados con la carga o cargas, con la particularidad de que la conmutacion no produce ningun efecto sobre las mismas, ni microcortes, ni saltos en la onda, ni ningun otro efecto perjudicial para las cargas, por lo que puede aplicarse en sistemas donde el requerimiento de efectos sobre la carga sea critico, garantizando que la carga o cargas no se quedaran nunca sin alimentacion electrica.
Asimismo, existe la posibilidad de que el sistema se puede alimentar desde una unica fuente de alimentacion, es decir, que los circuitos de alimentacion, independientes, estarian alimentados por una unica fuente de energia, siendo esta la energia conmutada entre los
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circuitos de salida. Otra posibilidad es que mas de tres fuentes de ene^a alimentasen los circuitos de alimentacion, independientes.
Breve description de los dibujos
Las anteriores y otras ventajas y caracteristicas se comprenderan mas plenamente a partir de la siguiente descripcion detallada de unos ejemplos de realization con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a trtulo ilustrativo y no limitativo, en los que:
La Figura 1 muestra un esquema que ilustra al sistema de conmutacion propuesto por la presente invention, para un ejemplo de realizacion, interconectada en un sistema de alimentacion de una o mas cargas comunes y/o de una instalacion receptora constitutiva de una carga comun, donde el sistema de alimentacion incluye dos circuitos de alimentacion.
Descripcion detallada de unos ejemplos de realizacion
Para el ejemplo de realizacion ilustrado en la Figura 1, el sistema de conmutacion propuesto por la presente invencion, que esta indicado con la referencia (S), se encuentra conectado a dos fuentes de alimentacion de entrada (0) y a una o mas cargas comunes (7), tal como una instalacion receptora, y comprende los elementos incluidos dentro del area delimitada por una lmea discontinua, es decir los siguientes:
- Dos circuitos de alimentacion (C1, C2), cada uno de ellos con al menos una lmea electrica conmutable que incluye:
- Un Fusible Ultra Rapido (1) por circuito de alimentacion,
- Un elemento conmutador compuesto como mmimo por dos modulos de tiristores en configuration W1C (2),
- Una Red Snubber (3) por pareja de tiristores,
- Una unidad electronica de control (4),
- Un bloque de control principal (5),
- Un dispositivo (6) generador de una senal externa de voluntad de cambio de circuito de conmutacion, que le envia, a traves de una correspondiente salida, dicha senal externa al bloque de control principal (5);
- Unos sensores de corriente (4.1), de tension (4.2), de temperatura (4.3) en conexion con las unidades electronicas de control (4) y con el bloque de control principal (5).
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Para el ejemplo de realization de la Figura 1, cada circuito de alimentation C1, C2 incluye una unica lmea de conmutacion. Debe entenderse que para el caso (no ilustrado) de que cada uno de ellos sea polifasico, cada una de las fases estara constituida por una lmea de conmutacion como las ilustradas.
Mediante los sensores de temperatura (4.3) se registran los valores de temperatura a los que operan los distintos elementos del sistema. Estos sensores pueden ser PT100, PT1000, e incluso termostatos bimetalicos de ruptura brusca o similar, u otra clase de sensores de temperatura.
Por circuitos de alimentacion (C1, C2) se entiende que son circuito electrico que alimentaran a la carga (7) a la que se encuentren conectados, obviamente cuando se encuentren conectados a las correspondientes fuentes de alimentacion (0).
Por carga comun (7) se entendera aqu el total de la carga correspondiente a una instalacion o sistema electrico. Es la suma de todas las potencias de los equipos y aparatos electricos conectados a la instalacion alimentada.
A continuation se desarrolla una breve explication acerca de los citados componentes del sistema de la presente invention, ilustrado en la Figura 1.
El citado fusible ultra rapido (1) o fusible de apertura ultra rapida, esta instalado aguas arriba de la pareja de tiristores en antiparalelo (2). Los semiconductores, y en particular los tiristores (2) necesitan para su protection fusibles especiales, que deben tener unas caractensticas de corte muy rapidas que evite la destruction de los mismos. Los fusibles ultrarrapidos interrumpen las sobrecargas en tiempos de operation muy inferiores a los fusibles normales, mediante unas curvas aM y gR.
Conectados al fusible (1), se encuentran un elemento conmutador compuesto como mmimo por dos tiristores en configuration W1C por lmea electrica conmutable, por los cuales fluira toda la corriente que alimentara a la carga (7) que se halla conectada al circuito. Cada pareja de tiristores (2) esta controlada por una unidad electronica de control (4).
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En paralelo con el elemento conmutador de potencia se conecta una red Snubber (3) disenada espedficamente para el tipo de semiconductor utilizado y que tiene como principal objetivo proteger al semiconductor y ayudar a las conmutaciones.
El elemento conmutador se sistematiza mediante la mencionada electronica de control (4) que actua sobre los tiristores (2) en configuration W1C por lmea electrica conmutable, y que actuan mediante pulsos enviados a cada una de las puertas de los tiristores de las parejas de tiristores en antiparalelo (2), realizando los cambios entre parejas de tiristores (2) en el paso por cero de las tensiones del sistema y con el mismo signo para la tension de la pareja de tiristores (2) activos y la de la que la sustituira. Mediante esta tecnologia se consigue que las conmutaciones entre circuitos no tengan latencia ni distorsion en la forma de onda dado que las conmutaciones estan perfectamente controladas.
Adicionalmente, el bloque de control principal (5) protege al sistema y a la carga (7) o instalacion receptora de la siguiente forma:
- Para el caso de que cada circuito (C1, C2) sea polifasico:
- si se invierte el sentido de giro de las fases por cualquier motivo, se provoca una desconexion. Si el sentido de giro se cambia al sentido correcto, el sistema se rearma automaticamente;
- si se produce una asimetna en un porcentaje mayor al valor preestablecido de las tensiones de las fases, desconecta el sistema de la red y/o emite una alarma. Cuando los parametros de asimetna desaparezcan, desaparece la alarma y el sistema se rearma automaticamente.
- Emision de alarma (visual y/o sonora) de temperatura cuando esta monitorizada mediante un sensor (4.3) llega a una temperatura dada. Tambien se ha previsto que cuando se produzca una elevada temperatura en el sistema, se desconecte el mismo de la red electrica.
Un experto en la materia podna introducir cambios y modificaciones en los ejemplos de realization descritos sin salirse del alcance de la invention segun esta definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1.- Sistema de conmutacion suave entre circuitos de alimentacion, independientes, de una carga comun, que comprende:
    - al menos dos circuitos de alimentacion (C1, C2) independientes, cada uno de ellos con al menos una lmea electrica conmutable, incluyendo cada lmea electrica conmutable al menos una pareja de semiconductors de potencia (2) donde uno esta configurado y dispuesto para operar en la parte positiva de la senal alterna y el otro para hacerlo en la parte negativa, estando cada una de dichas lmeas electricas conmutables previstas para conectar en serie, de manera alternativa, al menos una fuente de alimentacion de corriente alterna (0) a una carga comun (7); y
    - al menos dos unidades de control (4), cada una de ellas asociada a una de dichas lmeas electricas conmutables, y que operan de manera sincronizada, para realizar una conmutacion secuencial y alternativa de las parejas de semiconductores de potencia (2) sin que la carga comun (7) se quede sin alimentacion, en funcion de:
    - la recepcion de una senal de voluntad de cambio de circuito de conmutacion y/o la generation de la misma en funcion de unas condiciones de conmutacion preestablecidas en los medios de control,
    - de que la senal de tension existente entre los extremos de la pareja de semiconductores de potencia (2) que se encuentra activa, o la senal de corriente circulante por la misma, pase por cero; y
    - de que dicho paso por cero se produzca con una pendiente de dicha senal de tension o de corriente que tenga el mismo signo, positivo o negativo, que la pendiente de la senal de tension o de corriente de la pareja de semiconductores de potencia (2) a activar,
    - un bloque de control principal (5) con una entrada para recibir una senal de voluntad de cambio de circuito de conmutacion y unas entradas para recibir unas senales de medida de la tension existente entre los extremos de las parejas de semiconductores de potencia (2), unas senales de la corriente circulante por los mismos, y unas entradas de parametros del sistema, permitiendo dichas senales y parametros establecer unas condiciones de conmutacion, estando dicho bloque de control principal (5) configurado para procesar, digital o analogicamente, dichas senales recibidas con el fin de generar unas senales de control en unas salidas conectadas a unas respectivas entradas de dichas unidades de control (4) para controlarlas, incluyendo dichas senales de control ya sea dicha senal de voluntad de cambio de
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    circuito de conmutacion o una senal relacionada con la misma o con dichas condiciones de conmutacion, y
    - al menos unos sensores de corriente (4.1) y/o de tension (4.2), dispuestos en cada una de dichas lmeas electricas conmutables, y que proporcionan dichas senales de medida de tension y corriente a dicho bloque de control principal (5).
  2. 2. - Sistema segun la reivindicacion 1, caracterizado porque dicha pareja de semiconductors de potencia (2) es una pareja de tiristores (2) dispuestos en antiparalelo.
  3. 3. - Sistema segun la reivindicacion 6, caracterizado porque comprende un dispositivo
    (6) generador de dicha senal de voluntad de cambio de circuito de conmutacion, accionable manualmente por un usuario o que opera de manera automatica.
  4. 4. - Sistema segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
    porque comprende sendos fusibles de apertura ultra rapida (1), cada uno de ellos
    dispuesto en una de dichas lmeas electricas conmutables, en un punto previo a la respectiva pareja de semiconductores de potencia (2), que en uso esta mas proximo a la correspondiente fuente de alimentacion de corriente alterna (0) que a la carga comun
    (7) .
  5. 5. - Sistema segun la reivindicacion 1, caracterizado porque cada pareja de tiristores (2) se encuentra conectada a una red Snubber (3).
  6. 6. - Sistema segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
    porque comprende una carcasa que alberga en su interior a al menos parte de las
    unidades de control (4) y bloque de control principal (5) y que comprende unas aberturas a traves de las cuales quedan accesibles desde el exterior los extremos de cada una de las lmeas electricas conmutables.
  7. 7. - Sistema segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada uno de dichos circuitos de alimentacion (C1, C2), que son al menos dos, constituye un sistema monofasico donde cada lmea electrica conmutable es una fase.
  8. 8. - Sistema segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque cada uno de dichos circuitos de alimentacion (C1, C2), que son al menos dos,
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    constituye un sistema polifasico donde cada lmea electrica conmutable es una fase, y en donde dicho bloque de control principal (5) y dichas unidades de control (4) estan configurados y dispuestos para controlar la conmutacion de las parejas de semiconductors de potencia (2) manteniendo un sentido de giro de las fases.
    9- Sistema segun la reivindicacion 8, caracterizado porque dicho sistema polifasico es un sistema bifasico.
  9. 10. - Sistema segun la reivindicacion 8, caracterizado porque dicho sistema polifasico es un sistema trifasico.
  10. 11. - Sistema segun la reivindicacion 1 caracterizado porque dicho bloque de control principal (5) recibe a traves de sus entradas ademas de las citadas medidas de tension y corriente, unas medidas de unos sensores de temperatura (4.3) dispuestos en cada una de las lmeas electricas conmutables y/o en cualquier otro punto del sistema, estando dicho bloque de control principal (5) configurado y dispuesto para controlar a las unidades de control (4) en funcion de unas condiciones de seguridad asociadas a dichas medidas, para implementar unas acciones de seguridad mediante la conmutacion de a las parejas de semiconductores de potencia (2) para que conduzcan o para que dejen de conducir y/o para la generation de alarmas.
    12- Sistema segun la reivindicacion 11, caracterizado porque dichas acciones de seguridad son al menos una de las siguientes acciones de seguridad:
    - desconexion respecto a las fuentes de alimentation (0) si se invierte el sentido de giro de las fases constituidas por las lmeas electricas conmutables de cada circuito de alimentacion conmutable (C1, C2), y reconexion si se cambia al sentido correcto;
    - desconexion respecto a las fuentes de alimentacion (0) y/o emision de senal de alarma si se produce una asimetna en las tensiones de las fases constituidas por las lmeas electricas conmutables de cada circuito de alimentacion conmutable (C1, C2) con un porcentaje mayor a un valor preestablecido, y reconexion y/o cese de la emision de la senal de alarma si la asimetna desaparece; y
    - emision de una senal alarma y/o desconexion respecto a las fuentes de alimentacion (0) si las medidas proporcionadas por dichos sensores de temperatura alcanzan un valor determinado.
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