ES2640344T3 - Dispositivo conversor y alimentación ininterrumpida equipada con tal dispositivo - Google Patents

Abstract

Dispositivo conversor que permite suministrar una tensión (VS) y una corriente (IS) alternas por filtrado de pulsos obtenidos en una salida de señal modulada (SM) a partir de tres tensiones (-U/2, UREF, U/2) sustancialmente continuas, disponibles en una línea de tensión de referencia (REF) y en dos entradas (P, N) de tensión de signos opuestos, comprendiendo dicho dispositivo dos unidades de conmutación (UC1, UC4) conectadas entre dicha línea de tensión de referencia y respectivamente una y otra de dichas entradas, comprendiendo cada unidad de conmutación unos primeros medios de conmutación (T1, T4) conectados entre la entrada a la que dicha unidad de conmutación está conectada y una salida de conmutación (S1, S4) de dicha unidad de conmutación para suministrar unos pulsos que tengan un mismo signo que el de la tensión disponible en dicha entrada por conducciones y bloqueos principales de dichos primeros medios de conmutación, comprendiendo dicho dispositivo para cada unidad de conmutación unos segundos medios de conmutación (T2, T3) asociados a dicha unidad de conmutación y conectados entre dicha unidad de conmutación y dicha salida de señal modulada, y unos primeros medios de control (51, 52) que actúan sobre dichos segundos medios de conmutación para establecer una conducción de dichos segundos medios de conmutación cuando el signo de dicha tensión alterna es el mismo que el de la tensión en la entrada (P, N) a la que dicha unidad de conmutación está conectada, caracterizado porque dicho dispositivo comprende para cada unidad de conmutación un circuito de ayuda a la conmutación (A1, A4) de dicha unidad de conmutación conectado entre la entrada a la que dicha unidad de conmutación está conectada y la salida de conmutación de dicha unidad de conmutación para establecer, antes de cualquier conducción principal de los primeros medios de conmutación de dicha unidad de conmutación, una tensión de conmutación de dichos primeros medios de conmutación sustancialmente igual a cero, porque dicho dispositivo comprende, para cada unidad de conmutación, unos segundos medios de control que actúan sobre los segundos medios de conmutación asociados a la unidad de conmutación que está conectada a la entrada de tensión (P, N) del mismo signo que el de dicha tensión alterna, para establecer, cuando dicha tensión alterna y dicha corriente alterna son de signos opuestos, un bloqueo de dichos segundos medios de conmutación, porque cada unidad de conmutación (UC1, UC4) comprende, además, un diodo (DC2, DC3) conectado entre la línea de tensión de referencia (REF) y la salida de conmutación (S1, S4) de dicha unidad de conmutación, para establecer en dicha salida de conmutación, durante el bloqueo principal, una tensión igual a dicha tensión de referencia, y caracterizado porque el circuito de ayuda a la conmutación (A1, A4) de cada unidad de conmutación (UC1, UC4) consta de unos medios inductivos, unos medios de derivación de una corriente (IRP, IRN) de la salida de conmutación (S1, S4) para derivar dicha corriente hacia dichos medios inductivos antes de la conducción principal, y unos medios de acumulación de energía (CR2, CR3) montados en paralelo en el diodo (DC2, DC3) de dicha unidad de conmutación para establecer una resonancia de dicha corriente (IRP) en dichos medios inductivos antes de la conducción principal

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo conversor y alimentacion ininterrumpida equipada con tal dispositivo Sector tecnico de la invencion

La invencion se engloba en el campo de los conversores tales como los onduladores, por ejemplo, los utilizado en los sistemas de alimentacion ininterrumpida, en particular en os sistemas de alimentacion ininterrumpida de gran potencia, es decir, cuya potencia esta generalmente comprendida entre aproximadamente 100 y 500 kVA.

La invencion se refiere de manera mas particular, a un dispositivo conversor que permite suministrar una tension y una corriente alternas por filtrado de pulsos obtenidos en una salida de senal modulada, a partir de tres tensiones sustancialmente continuas, disponibles en una lmea de tension de referencia y en dos entradas de tension de signos opuestos, comprendiendo dicho dispositivo dos unidades de conmutacion conectadas entre dicha lmea de tension de referencia y respectivamente una y otra de dichas entradas, comprendiendo cada unidad de conmutacion, unos primeros medios de conmutacion conectados entre la entrada a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada y una salida de conmutacion de dicha unidad de conmutacion para suministrar unos pulsos con el mismo signo que el de la tension disponible en dicha entrada por las principales conducciones y bloqueos de dichos primeros medios de conmutacion, comprendiendo dicho dispositivo para cada unidad de conmutacion, unos segundos medios de conmutacion asociados a dicha unidad de conmutacion y conectados entre dicha unidad de conmutacion y dicha salida de senal modulada y unos primeros medios de control que actuan sobre dichos segundos medios de conmutacion para establecer una conduccion de dichos segundos medios de conmutacion cuando el signo de dicha tension alterna es el mismo que el de la tension en la entrada a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada.

La invencion se refiere, asimismo, a una alimentacion ininterrumpida que comprende una entrada de alimentacion en la que se aplica una tension de entrada alterna, un rectificador conectado a dicha entrada, dos lmeas de tension sustancialmente continua de signos opuestos conectadas a la salida de dicho rectificador, un ondulador conectado a dichas lmeas de tension, de tension sustancialmente continua y que consta de una salida destinada a suministrar una tension de seguridad.

Estado de la tecnica

Los sistemas de alimentacion ininterrumpida se han desarrollado para mejorar su rendimiento y reducir las molestias sonoras engendradas por las frecuencias de corte, a menudo bajas, del orden de miles de hertzios. En este contexto, se ha demostrado que resulta interesante utilizar sistemas de alimentacion ininterrumpida que presenten topologfas a varios niveles, por lo general tres niveles, utilizando unos componentes mas eficientes que permitan mejorar los problemas anteriormente mencionados. En los documentos WO2009/124564, US5274542 y US6353547 se describen unos dispositivos con topologfas a varios niveles. El documento US5274542 desvela un dispositivo conversor segun el preambulo de la reivindicacion 1.

Con referencia a la figura 1, tal alimentacion ininterrumpida 11 comprende una entrada 12 de red a la que esta conectada una red electrica de alimentacion y que permite aplicar a dicha alimentacion ininterrumpida 11 una tension de entrada variable, casi siempre alterna. La alimentacion ininterrumpida comprende, asimismo, una salida 13 de red a la que estan conectadas unas cargas y que permite suministrar una alimentacion electrica denominada alimentacion asegurada, es decir una alimentacion electrica para la que la tension y la frecuencia estan controladas. La alimentacion ininterrumpida 11 comprende un rectificador o un conversor CA/cC 15 conectado a la entrada de la red 12, unas lmeas 16, 17 de tensiones sustancialmente continuas y una referencia de tension 18 conectada a la salida del rectificador. La alimentacion ininterrumpida 11 comprende, asimismo, un conversor CC/CC 19 que comprende unos medios de almacenamiento de energfa electrica 20, estando dicho conversor y dichos medios de almacenamiento conectados a las lmeas 16, 17 de tension sustancialmente continua. La alimentacion ininterrumpida 11 comprende ademas unos condensadores de desacoplo 21, 22 conectados entre la referencia de tension 18 y las lmeas 16, 17 de tension sustancialmente continua, asf como un ondulador o conversor CC/CA 23 reversible conectado entre dichas lmeas 16, 17 y la salida de red 13. El conversor 23 de alimentacion ininterrumpida 11, comprende seis celdas de conmutacion. Mas concretamente, el conversor 23 consta de dos celdas de conmutacion para cada una de las tres fases, una dedicada a las alternancias positivas y la otra dedicada a las alternancias negativas. Como puede verse en la figura 1, la alimentacion ininterrumpida 11 presenta una topologfa a tres niveles, es decir, el rectificador 15 suministra una tension sustancialmente continua en tres niveles, a saber, un nivel positivo en la lmea 16, un nivel negativo en la lmea 17 y un nivel de referencia en la referencia de tension 18. En paralelo, el conversor CC/CA 23 suministra una tension alterna a partir de estos tres niveles de tension continua. Los niveles positivo y negativo presentan, por lo general, un mismo potencial electrico de valor absoluto, sustancialmente igual a la mitad de la tension U entre las lmeas 16 y 17.

Con referencia a la figura 2, se han representado dos celdas del conversor CC/CA 23 para una fase dada. El dispositivo conversor representado parcialmente de este modo, permite suministrar una tension VS y un corriente IS alternas en una lmea de fase. La tension VS y la corriente IS alternas se obtienen por filtrado de pulsos obtenidos en una salida de senal modulada SM a partir de tres niveles de tensiones sustancialmente continuas -U/2, UREF, U/2 disponibles en una lmea de tension de referencia REF y en dos entradas de tension P, N de signos opuestos. Los

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medios de filtrado utilizados constan de una inductancia L conectada entre la salida de senal modulada SM y la salida de tension VS y de corriente IS alternas. Los medios de filtrado constan ademas de un condensador C conectado entre dicha salida de tension VS y de corriente IS alternas y un punto de referencia de tension que presenta un mismo potencial electrico que la lmea de tension de referencia REF.

El dispositivo conversor, representado en la figura 2, comprende dos unidades de conmutacion UC1, UC4 controladas por medio de una unidad de control CD1 representada por separado en la figura 3. Las unidades de conmutacion UC1, UC4 estan conectadas entre la lmea de tension de referencia REF y respectivamente una y otra de dichas entradas P, N. Cada unidad de conmutacion UC1, UC4 comprende unos primeros medios de conmutacion, en este caso un transistor T1, T4, conectado entre la entrada de tension P, N a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada y una salida de conmutacion S1, S4 de dicha unidad de conmutacion. Los transistores T1, T4 tambien pueden denominarse transistores principales. Gracias a este montaje, los pulsos en la salida de senal modulada SM se obtienen mediante una sucesion de conducciones y de bloqueos principales de los transistores T1, T4 realizados por medio de la unidad de control CD1. Durante la conduccion principal del transistor T1, T4 de una unidad de conmutacion UC1, UC4, la tension en la salida de conmutacion S1, S4 de dicha unidad de conmutacion es igual a la tension continua -U/2, U/2 de la entrada de tension P, N a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada. Cada unidad de conmutacion UC1, UC4 comprende, ademas, un diodo DC2, DC3 conectado entre la lmea de tension de referencia REF y la salida de conmutacion S1, S4 de dicha unidad de conmutacion, para establecer en dicha salida de conmutacion, durante el bloqueo principal, una tension igual a dicha tension de referencia UREF. De esta forma, los transistores T1, T4 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 permiten suministrar, en sus salidas de conmutacion S1, S4 respectivas, unos pulsos con el mismo signo que el de la tension disponible en la entrada de tension P, N de dicha unidad de conmutacion.

Como puede verse en la figura 3, los transistores T1, T4 se controlan a partir de las senales de control F1, F2. Estas ultimas se obtienen a partir de la tension alterna VS utilizando tecnicas bien conocidas de modulacion de ancho de pulso.

Mas concretamente, la senal de control F1, respectivamente F2 se aplica a la entrada de control del transistor T1, respectivamente T4. Cuando la amplitud de la senal de control F1, F2 aplicada en la entrada de control de un transistor T1, T4 es igual a cero, dicho transistor esta bloqueado, y cuando dicha amplitud es igual a la unidad, dicho transistor conduce. Cuando la tension alterna VS es positiva, o respectivamente negativa, la conduccion principal del transistor T1, respectivamente T4, permite suministrar en la salida de conmutacion S1, respectivamente S4, una tension cuya amplitud es igual a la tension continua positiva +U/2, o respectivamente negativa -U/2. De la misma manera, cuando la tension alterna VS es positiva, o respectivamente negativa, el bloqueo principal del transistor T1, respectivamente T4, permite que el diodo DC2, respectivamente DC4, se vuelva pasante, lo que permite suministrar en la salida de conmutacion Si, respectivamente S4, una tension cuya amplitud es igual a cero. Esta sucesion de conducciones y bloqueos principales aplicados en el transistor T1, respectivamente T4, permite obtener asf en la salida de conmutacion S1, respectivamente S4, unos pulsos de ancho variable con una amplitud sustancialmente igual a la tension continua U/2 y con un signo positivo, respectivamente negativo.

El dispositivo de conversion representado en la figura 2 comprende, ademas, para cada unidad de conmutacion UC1, UC4, unos segundos medios de conmutacion, en este caso unos transistores T2, T3 conectados entre dicha unidad de conmutacion y la salida de senal modulada SM. Los transistores T2, T3 permiten conectar la unidad de conmutacion UC1, UC4 a la salida de senal modulada SM en funcion del signo de la tension alterna VS, en este caso, conectar la salida de conmutacion Si, S4 de dicha unidad de conmutacion UC1, UC4 a la salida de senal modulada SM.

Como puede verse en la figura 3, la senal de control F1, respectivamente F2, se ha invertido con ayuda de unos primeros medios de control, en este caso un inversor 52, respectivamente 51. La senal a la salida del inversor 52, respectivamente 51, se aplica a la entrada de control del transistor T3, respectivamente T2. Cuando la tension alterna VS es positiva, o respectivamente negativa, la senal de control F2, respectivamente F1, es igual a cero y la senal a la salida del inversor 51, respectivamente 52, es, por tanto, igual a la unidad. De ello se deduce que cuando la tension alterna VS es positiva, el transistor T2 conduce, de manera que la salida de conmutacion Si de la unidad de conmutacion UC1 esta conectada a la salida de senal modulada Sm. De la misma manera, cuando la tension alterna VS es negativa, es el transistor T3 el que conduce, de manera que la salida de conmutacion S4 de la unidad de conmutacion UC4 esta conectada a la salida de senal modulada SM. Gracias a estos primeros medios de control 51, 52, es posible suministrar en la salida de senal modulada SM, unos pulsos de ancho variable con una amplitud sustancialmente igual a la tension continua U/2 y con un signo identico al signo de la tension alterna VS. En otras palabras, los primeros medios de control 51, 52 permiten conectar la salida de conmutacion S1, S4 de la unidad de conmutacion UC1, UC4 a la salida de senal modulada SM cuando el signo de la tension alterna VS es el mismo que el de la tension disponible en la entrada de tension de dicha unidad de conmutacion. El filtrado consecutivo de estos pulsos en la salida de senal modulada SM, por medio de la inductancia L y de la capacidad C, permite asf suministrar la tension alterna VS.

Como se ha descrito anteriormente, el dispositivo conversor representado en la figura 2 permite el funcionamiento durante las fases activas, es decir, cuando la tension VS y la corriente IS alternas son del mismo signo. Durante las fases activas, los pulsos de tension en las salidas de conmutacion S1, S4 se obtienen por tanto con ayuda de las

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unidades de conmutacion UC1, UC4 descritas anteriormente. Este mismo dispositivo conversor comprende asimismo unos medios complementarios, descritos mas adelante que permiten funcionar durante las fases reactivas, es decir, cuando la tension Vs y la corriente IS alternas son de signos opuestos.

En el dispositivo conversor representado en la figura 2, los medios que permiten funcionar durante las fases reactivas comprenden unos diodos referenciados como D1, D2, D3, D4 montados en paralelo con los transistores referenciados respectivamente T1, T2, T3, T4. Mas concretamente, cada diodo presenta un catodo y un anodo conectados respectivamente al emisor y al colector del transistor del que esta montado en paralelo. Estos diodos D1, D2, D3, D4 con frecuencia se califican como diodos antiparalelos.

Cuando la tension alterna VS es positiva y la corriente alterna IS es negativa, la conmutacion se hace con ayuda, por una parte, de los segundos medios de conmutacion asociados con la unidad de conmutacion UC4, es decir, el transistor T3 y, por otra parte, unos diodos D1, D2 montados en paralelo a unos primeros y unos segundos medios de conmutacion asociados a la celula de conmutacion UC1, es decir, montados en paralelo a los transistores T1 y T2 respectivamente. Cuando la tension alterna VS es negativa y la corriente alterna IS es positiva, la conmutacion se hace con ayuda, por una parte, de los segundos medios de conmutacion asociados con la unidad de conmutacion UC1, es decir, el transistor T2 y, por otra parte, unos diodos D4, D3 montados en paralelo a unos primeros y unos segundos medios de conmutacion asociados a la unidad de conmutacion UC1, es decir, montados en paralelo a los transistores T4 y T3 respectivamente.

Mas concretamente, cuando el transistor T3, respectivamente T2, conduce, la corriente alterna IS pasa por dicho transistor y el diodo DC3, respectivamente DC2. De ello se deduce que la tension en la salida de la senal modulada SM es sustancialmente igual a la tension de referencia REF. A la inversa, cuando el transistor T3, respectivamente T2, esta bloqueado, la corriente alterna IS pasa por los diodos D2, D1, respectivamente los diodos D3, D4, y de ello se deduce que la tension en la salida de senal modulada SM es sustancialmente igual a la tension continua U/2, respectivamente -U/2.

De este modo, durante las fases activas, para establecer unos pulsos en la salida de senal modulada SM se utiliza esencialmente los primeros medios de conmutacion T1, T4 de las unidades de conmutacion UC1, UC4. Durante las fases reactivas, para el establecimiento de los pulsos en la salida de senal modulada SM se utiliza esencialmente los segundos medios de conmutacion T3, T2 asociados a las unidades de conmutacion UC4, UC1.

Durante la utilizacion de la alimentacion ininterrumpida 11 representada en la figura 1, concretamente del dispositivo conversor representado en las figuras 2 y 3, las velocidades de conmutacion de los transistores T1 a T4 y las fuertes corrientes que circulan por ellos imponen unas limitaciones estructurales muy importantes. De ello se deduce que las perdidas en conmutacion en estos componentes activos de electronica de potencia, limitan el aumento de la frecuencia de corte. Un problema tecnico consiste en limitar estas perdidas en conmutacion durante las fases activas de funcionamiento del dispositivo conversor, a la vez que se garantiza un buen funcionamiento durante las fases reactivas.

Descripcion de la invencion

La invencion pretende aportar una solucion a los problemas de los dispositivos convertidores de la tecnica anterior, proponiendo un dispositivo conversor que permite suministrar una tension y una corriente alternas por filtrado de pulsos obtenidos en una salida de senal modulada a partir de tres tensiones sustancialmente continuas disponibles en una lmea de tension de referencia y en dos entradas de tension de signos opuestos, comprendiendo dicho dispositivo dos unidades de conmutacion conectadas entre dicha lmea de tension de referencia y respectivamente una y otra de dichas entradas, comprendiendo cada unidad de conmutacion unos primeros medios de conmutacion conectados entre la entrada a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada y una salida de conmutacion de dicha unidad de conmutacion para suministrar unos pulsos que tienen el mismo signo que el de la tension disponible en dicha entrada por las principales conducciones y bloqueos de dichos primeros medios de conmutacion, comprendiendo dicho dispositivo para cada unidad de conmutacion, unos segundos medios de conmutacion asociados a dicha unidad de conmutacion y conectados entre dicha unidad de conmutacion y dicha salida de senal modulada, y unos primeros medios de control que actuan sobre dichos segundos medios de conmutacion para establecer una conduccion de dichos segundos medios de conmutacion cuando el signo de dicha tension alterna es el mismo que el de la tension en la entrada a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada, estando dicho dispositivo caracterizado porque comprende para cada unidad de conmutacion, un circuito de ayuda a la conmutacion de dicha unidad de conmutacion conectado entre la entrada a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada y la salida de conmutacion de dicha unidad de conmutacion para establecer, antes de cualquier conduccion principal de los primeros medios de conmutacion de dicha unidad de conmutacion, una tension de conmutacion de dichos primeros medios de conmutacion sustancialmente igual a cero, y porque dicho dispositivo comprende para cada unidad de conmutacion unos segundos medios de control que actuan sobre los segundos medios de conmutacion asociados a la unidad de conmutacion que esta conectada a la entrada de tension del mismo signo que el de la tension alterna para establecer, cuando dicha tension alterna y dicha corriente alterna son de signos opuestos, un bloqueo de dichos segundos medios de conmutacion.

En las reivindicaciones se define un dispositivo segun la invencion.

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La invencion se refiere asimismo a una alimentacion ininterrumpida que comprende una entrada de alimentacion en la que se aplica una tension de entrada alterna, un rectificador conectado a dicha entrada, dos lmeas de tension sustancialmente continua de signos opuestos conectadas a la salida de dicho rectificador, un ondulador conectado a dichas lmeas de tension, de tension sustancialmente continua y que consta de una salida destinada a suministrar una tension de seguridad, estando dicha alimentacion caracterizada porque dicho ondulador es un dispositivo conversor tal como el descrito anteriormente y suministra a partir de tensiones sustancialmente continuas, una tension alterna de seguridad.

Breve descripcion de las figuras

Otras ventajas y caractensticas se pondran mas claramente de manifiesto tras la siguiente descripcion de unos modos de realizacion particulares de la invencion, que se aportan a modo de ejemplo no limitativo y que se han representado en las figuras adjuntas.

La figura 1 representa una alimentacion ininterrumpida segun la tecnica anterior.

La figura 2 representa un dispositivo conversor de una tension continua en tension alterna segun la tecnica anterior

La figura 3 representa la unidad de control del dispositivo conversor representado en la figura 2.

La figura 4 representa esquematicamente un dispositivo conversor segun la invencion.

La figura 5 representa la unidad de control que puede aplicarse en el dispositivo conversor representado en la figura 4, asf como en los dispositivos conversores representados en las figuras 6 y 7.

La figura 6 representa un modo de realizacion de un dispositivo conversor segun la invencion en el que se utiliza la unidad de control representada en la figura 5.

La figura 7 representa otro modo de realizacion de un dispositivo conversor segun la invencion en el que se utiliza la unidad de control representada en la figura 5.

Las figuras 8A a 8H son unos cronogramas que ilustran el funcionamiento del dispositivo conversor representado en la figura 6 o 7, cuando la tension y la corriente alterna son de signos opuestos, y en el caso particular en el que se utiliza una unidad de control segun la tecnica anterior, tal y como se ha representado en la figura 3.

Las figuras 9A a 9H son unos cronogramas que ilustran el funcionamiento del dispositivo conversor representado en la figura 6 o 7 con una unidad de control segun la invencion, tal y como se ha representado en la figura 5, y cuando la tension y la corriente alterna son de signos opuestos.

Las figuras 10A a 10L son unos cronogramas que ilustran el funcionamiento del dispositivo conversor, segun la invencion, representado en la figura 6 o 7, cuando la tension y la corriente alterna son del mismo signo.

Las figuras 11A a 11K son unos cronogramas que ilustran el funcionamiento en modo rectificador del dispositivo conversor, segun la invencion, representado en la figura 6 o 7, cuando la tension y la corriente alterna son del mismo signo, al principio y al final de una alternancia de dicha tension alterna.

La figura 12 representa una alimentacion ininterrumpida segun la invencion.

Descripcion detallada de un modo de realizacion

Con referencia a la figura 4, el dispositivo conversor comprende, un gran numero de elementos ya descritos anteriormente y que se encuentran bajo las mismas referencias. El dispositivo conversor comprende, ademas, para cada unidad de conmutacion UC1, UC4, un circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 de dicha unidad de conmutacion conectado entre la entrada de tension P, N a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada y la salida de conmutacion S1, S4 de dicha unidad de conmutacion. Estos circuitos de ayuda a la conmutacion A1, A4 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 permiten establecer, antes de la conduccion principal, una tension de conmutacion de los primeros medios de conmutacion T1, T4 de dicha unidad de conmutacion sustancialmente igual a cero.

En lo sucesivo, la conduccion de medios de conmutacion podra asimismo cualificarse de cebado de dichos medios de conmutacion. El termino "principal", asociado a los terminos conduccion, cebado o bloqueo, puede utilizarse en referencia a conmutaciones de los primeros medios de conmutacion T1, T4 con los que los circuitos de ayuda a la conmutacion interactuan para suavizar las conmutaciones. El termino "principal", permite asimismo distinguir las conmutaciones de los primeros medios de conmutacion T1, T4 con respecto a las de los segundos medios de conmutacion T2, T3 o a las de los medios de conmutacion auxiliares TX1, TX4.

En general, para establecer unos pulsos en la salida de senal modulada SM, las conmutaciones que conllevan perdidas en los segundos medios de conmutacion T2, T3 son menos frecuentes que las conmutaciones de los

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primeros medios de conmutacion T1, T4. Los circuitos de ayuda a la conmutacion estan concebidos, por tanto, para establecer una tension de conmutacion sustancialmente igual a cero unicamente para la conmutacion de los primeros medios de las conmutaciones T1, T4, es decir, durante las fases activas de funcionamiento.

Para establecer una tension de conmutacion sustancialmente igual a cero antes de la conduccion o del cebado principal, el circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 de la unidad de conmutacion UC1, UC4, considerado comprende en general unos medios para desviar una corriente IRP, IRN de la salida de conmutacion S1, S4 de dicha unidad de conmutacion y para establecer una resonancia de esta corriente. Puede ocurrir que estos circuitos de ayuda a la conmutacion A1, A4, generalmente concebidos para las fases activas de funcionamiento, puedan interactuar de manera desfavorable con los segundos medios de conmutacion T3, T2, durante las fases reactivas de funcionamiento.

Por ejemplo, como se describe en lo sucesivo de manera detallada, los circuitos de ayuda a la conmutacion A1, A4 puedan constar de unos medios de acumulacion de energfa que actuen, durante las fases reactivas de funcionamiento, sobre la corriente que circula por los segundos medios de conmutacion T2, T3. Mas concretamente, estos medios de acumulacion de energfa, por lo general se disponen de manera que, durante la conduccion de los segundos medios de conmutacion T2, T3 se produzca una descarga de dichos medios de acumulacion de energfa a traves del conjunto de dichos segundos medios de conmutacion, lo que precisa un sobredimensionamiento de estos segundos medios de conmutacion y de los medios de acumulacion de energfa.

Se ha descubierto que modificando la unidad de control CD1, era posible utilizar un circuito de ayuda a la conmutacion evitando cualquier sobredimensionamiento de los segundos medios de conmutacion T2, T3. Para ello, se han anadido unos segundos medios de control, que se describen mas adelante de manera detallada, a la unidad de control CD1 para actuar sobre los segundos medios de conmutacion T2, T3 asociados a la unidad de conmutacion UC1, UC4 que esta conectada a la entrada P, N. Estos segundos medios de control permiten asf establecer, cuando la tension alterna VS y la corriente alterna IS son de signos opuestos, es decir, durante las fases reactivas, un bloqueo de los segundos medios de conmutacion T2, T3 asociados a la unidad de conmutacion UC1, UC4 que esta conectada a la entrada de tension de signo opuesto con respecto al signo de dicha tension alterna. En otras palabras, cuando la tension alterna VS y la corriente alterna IS son de signos opuestos, los segundos medios de control actuan sobre los segundos medios de conmutacion T2, T3 asociados a la unidad de conmutacion UC1, UC4 que esta conectada a la entrada P, N con el fin de proteger dicha unidad de conmutacion de la salida de senal modulada SM.

En la figura 5, se ha representado una unidad de control modificada CD2 que incluye los segundos medios de control. Como en la unidad de control CD1 representada en la figura 3, el control de cada unidad de conmutacion se realiza con la ayuda de una senal de control F1, F2 de modulacion de ancho de pulso de dicha unidad de conmutacion. Como ya se ha descrito anteriormente, la amplitud de la senal de control F1, F2 de una unidad de conmutacion UC1, UC4 se mantiene igual a cero, cuando el signo de la tension alterna VS es opuesto con respecto al signo de la tension en la entrada P, N a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada. En otras palabras, la amplitud de la senal F1 se mantiene igual a cero cuando el signo de la tension alterna VS es negativo y la amplitud de la senal F2 se mantiene igual a cero cuando el signo de la tension alterna VS es positivo. Como en la unidad de control CD1 representada en la figura 3, los primeros medios de control que actuan sobre los segundos medios de conmutacion T2, T3 asociados a una de las unidades de conmutacion UC1, UC4 constan de un inversor 51, 52 conectado entre la entrada de control de dichos segundos medios de conmutacion y un punto de entrada de la senal de control F2, F1 de la otra unidad de conmutacion UC4, UC1.

La unidad de control CD2, comprende ademas, para cada unidad de conmutacion, unos segundos medios de control que actuan, asimismo, sobre los segundos medios de conmutacion T2, T3 asociados a la unidad de conmutacion UC1, UC4 que esta conectada a la entrada de tension del mismo signo que el de la tension alterna VS para establecer, cuando dicha tension alterna VS y dicha corriente alterna IS son de signos opuestos, un bloqueo de dichos segundos medios de conmutacion. En otras palabras, los segundos medios de control actuan sobre los segundos medios de conmutacion T2, respectivamente T3, asociados a la unidad de conmutacion UC1, respectivamente UC4 para establecer, cuando la corriente alterna IS es negativa, respectivamente positiva, un bloqueo de dichos segundos medios de conmutacion.

Los segundos medios de control que actuan sobre los segundos medios de conmutacion T2, T3 asociados a una primera unidad de conmutacion UC1, UC4 constan entre la entrada de control de dichos segundos medios de conmutacion T2, T3 y el punto de entrada de la senal de control F2, F1 de la otra unidad de conmutacion UC4, UC1:

- unos medios de prueba 61, 62 del signo de la corriente alterna IS con respecto al de la tension en la entrada P, N a la que dicha primera unidad de conmutacion UC1, UC4 esta conectada, y

- un operador booleano "Y" logico 65, 66 provisto de dos entradas conectadas a una salida del inversor 51 de unos primeros medios de control de dichos segundos medios de conmutacion T2, T3 y a una salida de dichos medios de prueba 61, 62, y de una salida para establecer un bloqueo de dichos segundos medios de conmutacion cuando dicha corriente alterna IS es de signo opuesto con respecto al de la tension en la entrada a la que dicha primera unidad de conmutacion esta conectada.

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En la figura 6 se ha representado un ejemplo de circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 que puede aplicarse para cada unidad de conmutacion UC1, UC4. El dispositivo conversor representado en la figura 6, consta de cierto numero de los elementos ya descritos anteriormente e indicados con las mismas referencias. Como en las figuras 2 y 4, solo se han representado las dos unidades de conmutacion asociadas a una de las tres fases.

Con referencia a la figura 6, el circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 consta de unos medios inductivos, unos medios de derivacion de una corriente IRP, IRN de la salida de conmutacion S1, S4 para derivar dicha corriente hacia dichos medios inductivos antes del cebado principal, y un condensador C2, C3 montados en paralelo en el diodo DC2, DC3 de dicha unidad de conmutacion para establecer una resonancia de dicha corriente IRP, IRN en dichos medios inductivos antes del cebado principal.

Los medios inductivos del circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 estan constituidos esencialmente por un transformador TP, TN conectado a la salida de conmutacion S1, S4 de dicha unidad de conmutacion y que consta de arrollamientos bobinados a la inversa. En otras palabras, los dos arrollamientos del transformador estan conectados directamente a la salida de conmutacion S1, S4. En el dispositivo conversor representado en la figura 6, el transformador TP, TN esta conectado directamente a la salida de conmutacion S1, S4 de dicha unidad de conmutacion. Debido al hecho de que los medios inductivos de cada circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 estan esencialmente constituidos por un transformador, y que este ultimo esta directamente conectado a la salida de conmutacion S1, S4, la topologfa del dispositivo conversor y de sus circuitos de ayuda a la conmutacion se simplifica.

Los medios de derivacion del circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 constan, en cuanto a ellos, de unos medios de conmutacion auxiliares, en este caso de transistores auxiliares TX1, TX4, directamente conectados entre el transformador TP, TN y la entrada de tension P, N a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada. Por directamente conectado, se entiende que los medios de conexion entre el transistor auxiliar y la entrada de tension P, N, y entre este mismo transistor auxiliar y el transformador TP, TN, estan esencialmente constituidos por conductores electricos. Los transistores auxiliares TX1, TX4 participan en el establecimiento, antes del cebado, de una derivacion de la corriente alterna IS en el transformador TP, TN.

Mas concretamente, el transformador TP, TN del circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 consta de un primer arrollamiento 71, 72 conectado entre la salida de conmutacion S1, S4 de dicha unidad de conmutacion y los medios de derivacion TX1, TX4 de dicho circuito de ayuda a la conmutacion. El transformador TP, TN consta de un segundo arrollamiento 73, 74 acoplado magneticamente al primer arrollamiento 71, 72 y conectado entre la salida de conmutacion S1, S4 y la lmea de tension de referencia REF a traves del diodo DA2, DA3. Por otra parte, este segundo arrollamiento 73, 74 esta bobinado a la inversa con respecto al primer arrollamiento 71, 72.

Esta configuracion del transformador TP, TN permite, cuando los transistores auxiliares TX1, TX4 estan cebados, desviar mas corriente a cada uno de los arrollamientos del transformador TP, TN. En efecto, gracias al bobinado invertido de los arrollamientos y a la conexion de los extremos contiguos de dichos arrollamientos en la entrada de alimentacion, la corriente alterna IS se desvfa para repartirse por cada uno de los arrollamientos. De este modo, la corriente de entrada IRP, IRN esta ampliada por induccion mutua. Esto permite una reduccion del calibre de corriente del transistor auxiliar TX1, TX4. Tras el bloqueo del diodo DC2, DC3, la tension V2, V3 en los bornes del transistor principal T1, T4 decrece hasta un valor sustancialmente igual a cero y el diodo D1, D4 se vuelve pasante, lo que permite cebar dicho transistor principal bajo una tension nula.

En el modo de realizacion representado en la figura 6, el circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 consta de un primer diodo antirretorno DX2, DX3 conectado entre el primer arrollamiento 71, 72 y la lmea de tension de referencia REF. Cuando el transistor auxiliar TX1, TX4 esta bloqueado, este diodo DX2, DX3 permite el paso de la corriente en el primer arrollamiento 71, 72 en un unico sentido. Este diodo permite asimismo limitar la tension en los bornes del transistor auxiliar TX1, TX4.

En el modo de realizacion representado en la figura 6, el circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 consta, ademas, de un segundo diodo antirretorno DA2, DA3 conectado entre el segundo arrollamiento 73, 74 y la lmea de tension de referencia REF. Este diodo permite el paso en un unico sentido en este segundo arrollamiento. La presencia de estos diodos DA2, DA3 impide cualquier funcionamiento reversible de los circuitos de ayuda a la conmutacion y permite la desmagnetizacion del transformador TP, TN. Este funcionamiento unidireccional del circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 es interesante puesto que limita el tiempo de funcionamiento de dicho circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 y limita, por tanto, las perdidas en dicho circuito.

Esta configuracion del circuito de ayuda a la conmutacion A1, A4 permite, una vez que el transistor principal T1, T4 esta cebado, desmagnetizar el transformador TP, TN, es decir, que ninguna corriente circule ya por los arrollamientos del transformador. Esto permite evitar una acumulacion de energfa en el transformador que acabana por destruir el dispositivo conversor. Esta desmagnetizacion se vuelve posible gracias al diodo DX2, DX3, que permite aplicar la tension de referencia en el arrollamiento 71, 72, cuando el transistor auxiliar TX1, TX4 esta bloqueado y cuando dicho diodo se vuelve pasante y gracias al diodo DA2, DA3 que soporta la tension repercutida en el arrollamiento 73, 74.

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El transformador TP, TN presenta, en general, fugas magneticas en cada uno de los arrollamientos que generalmente no se pueden despreciar. De este modo puede definirse una inductancia equivalente creada por las fugas y vincular esta inductancia a una inductancia de resonancia equivalente. Esta inductancia de resonancia determina la pendiente de subida y bajada de corriente en los arrollamientos del transformador. Ventajosamente, el transformador TP, TN consta de un material electricamente aislante que separa los arrollamientos. Una eleccion del grosor de este material aislante, permite, entre otras cosas, regular la inductancia de fuga del transformador y por tanto la pendiente de la corriente.

La relacion dclica para generar las senales de control F1, F2 generalmente se elige tomando en consideracion el tiempo de desmagnetizacion del transformador TP, TN, que generalmente es del orden de la mitad del tiempo de cebado. Esto permite evitar una salutacion de estos transformadores.

En el modo de realizacion representado en la figura 6, los segundos medios de conmutacion T2, T3 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 se disponen entre la salida de conmutacion S1, S4 de dicha unidad de conmutacion y la salida de senal modulada SM

En el modo de realizacion representado en la figura 7, el dispositivo conversor consta de un cierto numero de elementos ya descritos anteriormente e indicados con las mismas referencias. Al contrario que el dispositivo conversor de la figura 6, la salida de conmutacion S1, S4 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 esta conectada a la salida de senal modulada SM. Ademas, los segundos medios de conmutacion T2, T3 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 estan dispuestos en serie entre el diodo DC2, DC3 y la salida de senal modulada SM. Este modo de realizacion funciona esencialmente de la misma manera que el de la figura 6 utilizando la unidad de control CD2 representada en la figura 5.

Los dispositivos conversores representados en las figuras 6 o 7 generalmente pueden utilizarse de manera reversible. En otras palabras, el dispositivo conversor puede funcionar en un modo rectificador que permite obtener una tension sustancialmente continua en las entradas de tension continua P, N a partir de la tension alterna VS, es decir, como un conversor CA/CC.

En los modos de realizacion representados en las figuras 6 y 7, el transistor T1, T4 de cada unidad de conmutacion UC1, UC4 puede utilizarse en modo de tiristor dual, es decir, que el cebado se hace de manera natural. En general, el cebado principal se hace de manera natural cuando la tension de conmutacion se vuelve sustancialmente igual a cero y el diodo antiparalelo D1, D4 se vuelve pasante. Para ello, la unidad de control CD2 representada en la figura 5, consta de un comparador 81, 82 que permite detectar el paso por cero de la tension en los bornes de los primeros medios de las conmutaciones T1, T4. La salida de este comparador 81, 82 esta conectada a una entrada de un primer operador booleano de tipo "Y" logico, con la referencia 83, 84. Por operador booleano de tipo "Y" logico, se entiende, asimismo, un producto de entradas logicas o un operador binario conjuntivo, pudiendo ser cada una de dichas entradas logicas igual a cero o a la unidad. Otra entrada de este operador esta conectada al punto de entrada de la senal de control F1, F2. De este modo, el paso por cero de la tension en los bornes del transistor T1, T4 y la presencia simultanea de un pulso de la senal de control F1, F2 permite activar la salida de este operador booleano 83, 84 y cebar el transistor t1, T4.

No obstante, en el modo rectificador y en el caso en el que la intensidad de la corriente alterna IS sea demasiado baja, es decir, para una amplitud de la corriente alterna iS inferior a aproximadamente 10 % de su valor maximo, lo que corresponde en general al principio o al final de la alternancia de dicha corriente, la tension en la salida de conmutacion S1, S4 no tiene tiempo de alcanzar el valor de la tension de la lmea P, N contemplada y el cebado natural de los principales transistores T1, T4 no es posible. En efecto, en ese caso, los condensadores CR2, CR3 no tienen tiempo de cargarse y es diffcil obtener una resonancia de la corriente que entra en los medios inductivos que anulan la tension en los bornes de los transistores T1, T4 principales.

Para remediar este inconveniente, la unidad de control CD2 representada en la figura 5, consta de un modulo de retardo 91, 92 concebido para forzar un cebado principal retardado tras una duracion superior a una duracion predeterminada TMAX. Este modo de funcionamiento forzado se aplica en el modo inverso, principalmente cuando se produce el inicio y el fin de la alternancia de la tension alterna VS, cuando el valor de la corriente alterna IS no es suficiente para cargar los condensadores CR2, CR3. La salida del operador 83, 84 esta conectada a un segundo operador booleano de tipo "O" con la referencia 93, 94 cuya la salida esta conectada a la entrada de control del transistor principal T1, T4. Por operador booleano de tipo "O" logico, se entiende asimismo un operador binario disyuntivo, pudiendo ser cada una de dichas entradas logicas igual a cero o a la unidad. De este modo, en funcionamiento normal, cuando la salida del operador "Y" 83, 84 esta activada, la salida del operador 93, 94 esta activa igualmente, lo que permite controlar el cebado del transistor principal T1, T4 en el momento en el que la tension en los bornes de dicho transistor pasa por cero.

La unidad de control CD2 representada en la figura 5, consta, ademas, de un modulo 95, 96 que permite cebar el transistor auxiliar TX1, TX4 durante una duracion predeterminada TMAX'. Esta duracion discurre a partir del frente ascendente de la senal de control F1, F2. En funcionamiento normal y durante esta duracion TMAX', el transistor auxiliar TX1, TX4 puede, por tanto, cebarse, lo que permite anular la tension de conmutacion para cebar el transistor principal T1, T4.

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Con referencia a las figuras 8A a 8H y a modo de comparacion con el dispositivo conversor segun la invencion, el funcionamiento del dispositivo conversor representado en la figura 6 asociado a la unidad de control CD1 representada en figura 3 (tecnica anterior) se describe en lo que sigue, en el caso en el que la tension alterna VS sea positiva y la corriente alterna IS sea negativa. Cabe destacar que la descripcion de este funcionamiento se aplica asimismo al dispositivo conversor representado en la figura 7.

En tanto que la senal de control F1 es igual a la unidad, el transistor T1 conduce y el transistor T3 se mantiene bloqueado gracias al inversor 51. La corriente alterna IS circula por los diodos D1 y D2 (figuras 8E y 8G). En cuanto a la tension VCR2 en los bornes del condensador CR2, es igual a la tension U/2 en la entrada P.

En un tiempo t1, la senal de control F1 pasa de la unidad a cero, el transistor T1 esta bloqueado y el transistor T3 se vuelve pasante. Cabe destacar, que el transistor T2 se mantiene pasante durante toda la alternancia positiva gracias a la presencia del inversor 52 y debido al hecho de que la senal de control F2 en la entrada de dicho inversor se mantiene igual a cero durante toda la alternancia positiva. De ello se deduce que la tension VCR2 en los bornes del condensador CR2 se anula por descarga de dicho condensador CR2 a traves del transistor T2. Debido a este hecho, el valor de la corriente IT3 y IT2 que circula por el transistor T3 y T2 se vuelve muy importante (figura 8C) lo que puede perjudicar su integridad. El transistor T2 es pasante durante toda la duracion en la que la corriente alterna IS es negativa y la tension alterna VS es positiva, la tension VD1 en los bornes de D1 se mantiene igual a la tension U/2 en la entrada P (figura 8D). Por lo tanto, es el diodo D1 el que soporta la totalidad de la tension U/2 de la entrada P. La corriente circula, por tanto, por el transistor T3 (figura 8C) y por el diodo DC3.

En un tiempo t2, la senal de control F1 pasa de cero a la unidad, el transistor T1 se vuelve pasante y el transistor T3 se bloquea. De ello se deduce que la corriente se deriva hacia el condensador CR2 a traves del diodo D2 (figura 8G), lo que ralentiza la subida de la tension VT3 en los bornes del transistor T3 (figura 8B).

En un tiempo t3, el condensador CR2 esta cargado y presenta una tension VCR2 en sus bornes igual a la tension U/2 en la entrada P. La corriente alterna IS circula por los diodos D1 y D2 (figuras 8E y 8G).

Con referencia a las figuras 9A a 9H, a continuacion, se describe el funcionamiento del dispositivo conversor, representado en la figura 6, asociado a la unidad de control CD2, representada en la figura 5, siempre en el caso en el que la tension alterna VS sea positiva y la corriente alterna IS sea negativa, es decir, durante las fases reactivas. Este funcionamiento se puede transponer al caso en el que la tension VS es negativa y la corriente IS es positiva, T2 funcionando entonces como T3 en lo sucesivo y a la inversa. Cabe destacar que la descripcion de este funcionamiento se aplica asimismo al dispositivo conversor representado en la figura 7.

En tanto que la senal de control F1 es igual a la unidad, el transistor T1 conduce y el transistor T3 se mantiene bloqueado gracias al inversor 51. La corriente alterna IS circula por los diodos D1 y D2 (figuras 9E). En cuanto a la tension VCR2 en los bornes del condensador CR2 es igual a la tension U/2 en la entrada P (figura 9G).

En el tiempo t1, la senal de control F1 pasa de la unidad a cero, el transistor T1 esta bloqueado y el transistor T3 se vuelve pasante como en el caso anterior. Por otra parte, la salida del inversor 52 se mantiene igual a la unidad debido al hecho de que, durante toda la alternancia positiva de la tension VS, la senal de control F2 se mantiene igual a cero. En paralelo, el signo de la corriente alterna permite mantener la salida del comparador 61 a cero. De ello se deduce que la salida del operador booleano "Y" logico 65 es igual a cero y el transistor T2 esta bloqueado. Los segundos medios de control 61, 65 permiten, por tanto, bloquear el transistor T2, lo que impide la circulacion de la corriente procedente de la descarga del condensador CR2. El condensador CR2 permanece, por tanto, cargado (figura 9G) y la tension en los bornes del diodo D1 se mantiene igual a cero (figura 9E). Es, por tanto, el diodo D2 el que soporta el conjunto de la tension U/2 de la entrada P cuando el transistor T3 es pasante (figura 9F).

Al igual que antes, en el tiempo t2, la senal de control F1 pasa de cero a la unidad, el transistor T1 se vuelve pasante y el transistor T3 se bloquea. La corriente se deriva al diodo D2.

En el tiempo t2, la corriente alterna IS circula por los diodos D1 y D2 (figuras 9E).

La utilizacion de la unidad de control CD2 representada en la figura 5, en particular de los segundos medios de control 61, 62, 65, 66 de dicha unidad de control, permite limitar la corriente iT3, IT2 que circula por el transistor T3, T2 impidiendo la descarga del condensador CR2, CR3. Debido a este hecho, no es necesario que el transistor T3 este sobredimensionado para soportar una corriente a la que se anadina una corriente de descarga del condensador CR2, CR3.

Con referencia a los cronogramas de las figuras 10A a 10L, a continuacion, se describe el funcionamiento del dispositivo conversor representado en la figura 6 o en la figura 7. Cabe destacar, que estos cronogramas se extienden durante una duracion en la que la tension y la corriente alterna VS, IS pueden considerarse continuas. La siguiente descripcion se limita al funcionamiento durante unas alternancias positivas de la tension alterna VS, es decir, esencialmente al funcionamiento de la unidad de conmutacion UC1 y del circuito de ayuda a la conmutacion Al. El funcionamiento del dispositivo conversor durante las alternancias negativas de la tension alterna VS es facil de derivar para el experto en la materia. La siguiente descripcion se ha realizado para el caso en el que la tension alterna VS y la corriente alterna IS son del mismo signo, es decir, cuando el circuito de ayuda a la conmutacion se

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utiliza para obtener una conmutacion suave de los transistores principales T1, T4. Es mas, la siguiente descripcion se aplica al modo rectificador del dispositivo conversor, es decir, al modo de funcionamiento CC/CA, y esto en el caso en el que la intensidad de la corriente alterna IS sea suficiente para obtener una conduccion natural de los transistores T1, T4. En otras palabras, el funcionamiento descrito en lo sucesivo excluye, en cierta medida, el modo rectificador para el principio y final de las alternancias de la tension alterna VS.

En el arranque, el transistor principal T1 esta en un estado cebado o pasante, lo que viene indicado por la presencia de un trazo grueso en la figura 10B. En cuanto al transistor auxiliar TX1 esta en un estado bloqueado, lo que se indica con la ausencia de un trazo grueso en la figura 10C. Como puede verse en la figura larga, el diodo DC2 esta bloqueado. El transistor T1 ve pasar una corriente IT1, representada en la figura 10F, sustancialmente igual a la corriente alterna IS. La tension V1 en los bornes del transistor T1 es, de hecho, sustancialmente igual a cero y la tension VCR2 en los bornes del condensador CR2 es sustancialmente igual a la tension U/2 en la entrada P (figura 10E). El diodo DA2 no ve pasar ninguna corriente, como se ha representado en la figura 10H y se encuentra en un estado bloqueado. La tension VDA2 en sus bornes, representada en la figura 10I, es, por tanto, sustancialmente igual al valor de la tension U/2 en la entrada P.

En el tiempo t1, el transistor T1 esta bloqueado (figura 10B), la corriente alterna IS esta derivada al condensador CR2. La tension V1 en los bornes del transistor principal T1 comienza a aumentar progresivamente, descargando el condensador CR2, como puede verse en la figura 10E. El diodo DA2 siempre esta en estado bloqueado y la tension VDA2 en sus bornes comienza a disminuir (figura 10I) hasta alcanzar un valor nulo. Al mismo tiempo, como puede verse en la figura 10L, la tension VTX1 en los bornes del transistor auxiliar TX1 aumenta hasta el valor de la tension U/2 en la entrada P.

En el tiempo t2, la tension VCR2 en los bornes del condensador CR2 alcanza el valor de la tension de referencia (figura 10E) y el diodo DC2 se pone a conducir una corriente IDC2 cuyo valor es sustancialmente igual al valor de la corriente IS representada en figura 10G.

En el tiempo t3, el transistor auxiliar TX1 esta cebado (figura 10C), lo que va a conllevar un decrecimiento de la corriente iDC2 en el diodo DC2 (figura 10G) que esta desviada hacia el transistor auxiliar TX1 que se ha vuelto pasante. Como puede verse en la figura 10J, el transistor auxiliar TX1 ve, por tanto, una corriente ITX1 que aumenta progresivamente. De este modo, la corriente IRP en el transformador TP, representada en la figura 10D, va a aumentar a la vez que disminuye la corriente IDC2. Despues del cebado del diodo DA2, esta corriente IRP es el resultado de la suma de la corriente ITX1 en el primer arrollamiento 71 del transformador TP (figura 10J) y de la corriente IDA2 en el segundo arrollamiento 73 de ese mismo transformador TP (figura 10H). En cuanto el diodo DA2 esta cebado, la tension U/2 en la entrada P se aplica a los dos arrollamientos 71, 73 del transformador TP. A causa de las fugas magneticas de este transformador, el arrollamiento 73 se sometera a una tension en sus bornes sustancialmente igual a la tension U/2 en la entrada P. Al estar la relacion de transformacion del transformador TP muy proxima a la unidad, la corriente ITX1 en el arrollamiento 71 representada en la figura 10J y la corriente IDA2 en el arrollamiento 73 representado en la figura 10H son sustancialmente iguales a la mitad del valor de la corriente IRP entrante en el transformador TP, es decir, iguales a la mitad de la corriente alterna IS.

En el tiempo t4, ya no circula ninguna corriente por el diodo DC2, lo que conlleva su bloqueo (figura 10G). La tension V2 en los bornes del condensador CR2 (figura 10E), comienza, por tanto, a aumentar por un fenomeno de resonancia con el transformador TP. Al mismo tiempo, como puede verse en las figuras 10D, 10H y 10J, la corriente IRP en la entrada del transformador TP asf como las corrientes IDA2 e ITX1 en cada arrollamiento van a aumentar. De esta forma, la corriente IRP en el transformador va a entrar en resonancia. En efecto, en el tiempo t4, el condensador CR2 que esta descargado va a cargarse a medida que la tension V2 aumenta en sus bornes hasta la tension de la entrada P.

Entre los tiempos t4 y t5, cuando la tension V2 en los bornes del condensador CR2 es sustancialmente igual a la mitad de la tension U/2 en la entrada P, la corriente IRP que entra en el transformador TP va a alcanzar un pico de resonancia (figuras 10D y 10E). Durante este lapso de tiempo, la tension en los bornes del arrollamiento 71 del transformador TP va a disminuir y la tension en los bornes del arrollamiento 73 de ese mismo transformador va a aumentar. En otras palabras, a causa de la variacion de la tension V2, la tension U/2 en la entrada P va a bascular simultaneamente del arrollamiento 71 al arrollamiento 73.

En el tiempo t5, cuando la tension V2 en los bornes del condensador CR2 es igual a la tension U/2 en la entrada P (figura 10E), va a circular una corriente debil por el diodo D1 montado a la inversa paralelamente al transistor T1. Esto puede verse en la figura 10F que representa la corriente IT1 que circula por el modulo constituido por el transistor principal T1 y el diodo D1. El transistor principal T1 se ceba entre el tiempo t5 y el tiempo t6, con una tension en sus bornes que es, por tanto, sustancialmente igual a cero (figura 10E). De este modo, la energfa disipada durante este cebado se ve minimizada.

En el tiempo t6, la corriente IT1 en el transistor principal T1 aumenta progresivamente (figura 10F), al mismo tiempo, la intensidad de las corrientes ITX1 y IDA2 respectivamente, en el primer y el segundo arrollamiento 71, 73 disminuye (figuras 10J y 10H).

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En el tiempo t7, ya no circula ninguna corriente por el diodo DA2 y por el segundo arrollamiento 73 del transformador TP (figura 10H), lo que conlleva el bloqueo de dicho diodo. Una corriente de baja intensidad IMAG representada en la figura 10J, debido a la magnetizacion del transformador TP, sigue circulando por el transistor TX1 asf como por el primer arrollamiento 71 de dicho transformador. Entre el tiempo t7 y el tiempo t8, al ser las tensiones en los bornes de los arrollamientos 71, 73 del transformador TP sustancialmente igual a cero, el valor de esta corriente IMAG permanece sustancialmente constante.

En el tiempo t8, el transistor TX1 esta controlado en un estado bloqueado (figura 10C) y el diodo DX2 permite evacuar completamente la corriente de magnetizacion IMAG que circula por el primer arrollamiento 71. Asf se produce una desmagnetizacion completa del transformador TP antes del bloqueo principal del transistor principal T1. Como puede verse en la figura 10L, el valor de la tension en los bornes del transistor TXl es sustancialmente igual a la tension U/2 en la entrada P. Como puede verse en la figura 10I, en cuanto a la tension en los bornes del diodo DA2, es sustancialmente igual a dos veces el valor de la tension U/2 en la entrada P. De este modo, durante la desmagnetizacion del transformador TP, la tension VTX1 en los bornes del transistor auxiliar TX1 es dos veces mas debil que la tension VDA2 en los bornes del diodo DA2. Es por tanto el diodo DA2 el que encaja una tension de desmagnetizacion importante en lugar del transistor auxiliar TX1, lo que permite elegir un transistor TX1 de menos calibre, por lo tanto, menos caro y que funciona con un menor consumo energetico.

En el tiempo t9, el transformador TP esta completamente desmagnetizado, es decir, que el valor medio de la tension en sus bornes es nulo. Debido a este hecho, la corriente IMAG se vuelve nula y el diodo DX2 se bloquea. De este modo se vuelve a la situacion inicial que precede al tiempo t1.

Con referencia a los cronogramas de las figuras 11A a 11K, a continuacion, se describe el funcionamiento en modo rectificador del dispositivo conversor representado en la figura 6 o en la figura 7, es decir, el modo de funcionamiento CC/CA de dicho conversor, en el caso en el que la intensidad de la corriente alterna IS no sea suficiente para obtener una conduccion natural de los transistores T1, T4. El funcionamiento descrito a continuacion, es, por tanto, aplicable al principio y al final de la alternancia de la corriente alterna IS. Cabe destacar, que estos cronogramas se extienden durante una duracion en la que la tension y la corriente alterna VS, IS pueden considerarse continuas. La siguiente descripcion se limita al funcionamiento durante unas alternancias positivas de la tension alterna VS, el funcionamiento durante las alternancias negativas de dicha tension alterna VS es facil de derivar para el experto en la materia.

En el arranque, el transistor T1 esta cebado o es pasante, como puede verse en la figura 11A. El transistor T1 conduce una corriente IT1 representada en la figura 11E cuyo valor es sustancialmente igual al de la corriente alterna IS. Como puede verse en las figuras 11D y 11F, el valor de la tension VCR2 en los bornes del condensador CR2 es practicamente nulo y el diodo DC2 esta en un estado bloqueado.

En el tiempo t1, el transistor principal T1 pasa del estado pasante al estado bloqueado (figura 11A) y la corriente alterna IS se deriva al condensador CR2. La tension VCR2 en los bornes del condensador CR2 comienza a disminuir progresivamente descargando el condensador CR2 y la tension V1 en los bornes del transistor principal T1 aumenta progresivamente, como puede verse en la figura 11D. Al ser la intensidad de la corriente alterna IS demasiado debil, la tension V1 en los bornes del transistor T1 aumenta muy lentamente y no llega a alcanzar el valor de la tension U/2 en la entrada P. Debido a este hecho, el diodo DC2 no puede cebarse y, por tanto, no conduce (figura 11F).

En el tiempo t2, el transistor auxiliar TX1 esta cebado (figura 11B). Como puede verse en la figura 11I, el transistor auxiliar TX1 ve, por tanto, una corriente ITX1 que aumenta progresivamente. De la misma manera, la corriente IRP en el transformador TP (figura 11C) y la corriente IDA2 en el diodo DA2 (figura 11 G) aumentan. La corriente IRP en el transformador TP va a entrar a continuacion en una fase de resonancia. En efecto, el condensador CR2 que esta cargado inicialmente va a descargarse a medida que la tension V1 en los bornes del transistor principal T1 disminuye hasta cero. La corriente IRP en el transformador TP va a alcanzar a continuacion, un pico de resonancia (figura 11C), que va a ir seguido de una bajada. Como puede verse en las figuras 11C, 11D, 11G, 11H, 11I y 11K, la fase de resonancia se traduce en unas oscilaciones sin que la tension V1 en los bornes del transistor principal T1 pueda anularse. El transistor T1 no puede cebarse, por tanto, debido al hecho de que las salidas del comparador 81 y del operador booleano "Y" logico 83 de la unidad de control CD2 permanecen en un estado inactivo.

En el tiempo t3, tras el lapso de tiempo TMAX definido por el modulo de retardo 91 de los medios de control CD2, se ceba el transistor principal T1 automaticamente (figura 11 A), debido al hecho de que la salida del operador booleano "O" logico 93 pasa a un estado activo. Al mismo tiempo, la tension V1 en los bornes del transistor principal T1 se lleva brutalmente hacia cero (figura 11D), lo que genera un pico de corriente en el transistor principal T1 (figura 11 E). La corriente IRP decrece (figura 11C) y el diodo DA2 se encuentra en un estado bloqueado (figura 11G). Solo, una corriente magnetizadora IMAG circula por el transistor TX1 (figura 11I).

En el tiempo t4, tras una duracion TMAX' definida por el modulo 95 de la unidad de control CD2 y habitualmente superior al tiempo TMAX, el transistor auxiliar TX1 esta bloqueado (figura 11B). El diodo DX2 permite obtener una desmagnetizacion completa del transformador TP en el tiempo t5 (figuras 11H, 11I y 11 J).

En el tiempo t5, el transformador TP esta completamente desmagnetizado. Debido a este hecho, la corriente IMAG se vuelve nula y el diodo DX2 se bloquea (figura 11J). De este modo se vuelve a la situacion inicial que precede al tiempo t1.

Los dispositivos conversores descritos anteriormente pueden utilizarse en una alimentacion ininterrumpida 501 tal y 5 como se ha representado en la figura 12. Esta alimentacion ininterrumpida comprende una entrada de alimentacion 502 en la que se aplica una tension de entrada variable de una primera red trifasica. La alimentacion ininterrumpida comprende un rectificador 503, estando dicho rectificador conectado entre, por un lado, la entrada de alimentacion 502 y, por otro lado, dos lmeas de salida 504 o bus de tension sustancialmente continua. La alimentacion ininterrumpida comprende un ondulador 506 correspondiente a uno de los dispositivos conversores descritos 10 anteriormente, estando dicho ondulador conectado entre las lmeas de salida 504 y una salida 507 destinada a suministrar una tension alterna trifasica asegurada a una carga 508. El bus de tension continua 504 esta asimismo conectado a una batena 509 por mediacion de un conversor CC/CC 510.

Como puede verse en la figura 12, unos contactores estaticos 511 y 512 que permiten seleccionar entre la entrada de alimentacion 502 de la primera red trifasica y una entrada de alimentacion 513 de una segunda red, tambien 15 trifasica. De este modo, es posible alimentar la carga por mediacion de la primera red asegurada por la alimentacion ininterrumpida 501 y en caso necesario, conmutar a la segunda red.

Claims (13)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo conversor que permite suministrar una tension (VS) y una corriente (IS) alternas por filtrado de pulsos obtenidos en una salida de senal modulada (SM) a partir de tres tensiones (-U/2, UREF, U/2) sustancialmente continuas, disponibles en una lmea de tension de referencia (REF) y en dos entradas (P, N) de tension de signos opuestos,

   comprendiendo dicho dispositivo dos unidades de conmutacion (UC1, UC4) conectadas entre dicha lmea de tension de referencia y respectivamente una y otra de dichas entradas, comprendiendo cada unidad de conmutacion unos primeros medios de conmutacion (T1, T4) conectados entre la entrada a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada y una salida de conmutacion (S1, S4) de dicha unidad de conmutacion para suministrar unos pulsos que tengan un mismo signo que el de la tension disponible en dicha entrada por conducciones y bloqueos principales de dichos primeros medios de conmutacion,

   comprendiendo dicho dispositivo para cada unidad de conmutacion unos segundos medios de conmutacion (T2, T3) asociados a dicha unidad de conmutacion y conectados entre dicha unidad de conmutacion y dicha salida de senal modulada, y unos primeros medios de control (51, 52) que actuan sobre dichos segundos medios de conmutacion para establecer una conduccion de dichos segundos medios de conmutacion cuando el signo de dicha tension alterna es el mismo que el de la tension en la entrada (P, N) a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada, caracterizado porque dicho dispositivo comprende para cada unidad de conmutacion un circuito de ayuda a la conmutacion (A1, A4) de dicha unidad de conmutacion conectado entre la entrada a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada y la salida de conmutacion de dicha unidad de conmutacion para establecer, antes de cualquier conduccion principal de los primeros medios de conmutacion de dicha unidad de conmutacion, una tension de conmutacion de dichos primeros medios de conmutacion sustancialmente igual a cero,

   porque dicho dispositivo comprende, para cada unidad de conmutacion, unos segundos medios de control que actuan sobre los segundos medios de conmutacion asociados a la unidad de conmutacion que esta conectada a la entrada de tension (P, N) del mismo signo que el de dicha tension alterna, para establecer, cuando dicha tension alterna y dicha corriente alterna son de signos opuestos, un bloqueo de dichos segundos medios de conmutacion, porque cada unidad de conmutacion (UC1, UC4) comprende, ademas, un diodo (DC2, DC3) conectado entre la lmea de tension de referencia (REF) y la salida de conmutacion (S1, S4) de dicha unidad de conmutacion, para establecer en dicha salida de conmutacion, durante el bloqueo principal, una tension igual a dicha tension de referencia, y caracterizado porque el circuito de ayuda a la conmutacion (A1, A4) de cada unidad de conmutacion (UC1, UC4) consta de unos medios inductivos, unos medios de derivacion de una corriente (IRP, IRN) de la salida de conmutacion (S1, S4) para derivar dicha corriente hacia dichos medios inductivos antes de la conduccion principal, y unos medios de acumulacion de energfa (CR2, CR3) montados en paralelo en el diodo (DC2, DC3) de dicha unidad de conmutacion para establecer una resonancia de dicha corriente (IRP) en dichos medios inductivos antes de la conduccion principal.
2. 2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque los segundos medios de conmutacion (T2, T3) de cada unidad de conmutacion (UC1, UC4) estan dispuestos entre la salida de conmutacion (S1, S4) de dicha unidad de conmutacion y la salida de senal modulada (SM).
3. 3. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la salida de conmutacion (S1, S4) de cada unidad de conmutacion (UC1, UC4) esta directamente conectada a la salida de senal modulada (SM), y porque los segundos medios de conmutacion (T2, T3) de cada unidad de conmutacion (UC1, UC4) estan dispuestos en serie entre el diodo (DC2, DC3) y dicha salida de senal modulada (SM).
4. 4. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado porque cada unidad de conmutacion (UC1, UC4) esta controlada con la ayuda de una senal de control (F1, F2) de modulacion de ancho de pulso cuya amplitud se mantiene en un valor sustancialmente igual a cero cuando el signo de la tension alterna (VS) es opuesto con respecto al signo de la tension en la entrada (P, N) a la que dicha unidad de control esta conectada, y

   porque los primeros medios de control que actuan sobre los segundos medios de conmutacion (T2, T3) asociados a una de las unidades de conmutacion (UC1, UC4) constan de un inversor (51, 52) conectado entre la entrada de control de dichos segundos medios de conmutacion (T2, T3) y un punto de entrada de la senal de control (F2, F1) de la otra unidad de conmutacion.
5. 5. Dispositivo segun la reivindicacion 4, caracterizado porque los segundos medios de control que actuan sobre los segundos medios de conmutacion (T2, T3) asociados a una unidad de conmutacion (UC1, UC4) constan entre la entrada de control de dichos segundos medios de conmutacion (T2, T3) y el punto de entrada de la senal de control (F2, F1) de la otra unidad de conmutacion (UC4, UC1):

   - de unos medios de prueba (61, 62) del signo de la corriente alterna (IS) con respecto al de la tension en la entrada (P, N) a la que esta conectada dicha primera unidad de conmutacion, y

   - de un operador booleano "Y" logico (65, 66) provisto de dos entradas conectadas a una salida del inversor (51, 52) de unos primeros medios de control de dichos segundos medios de conmutacion y a una salida de dichos medios de prueba (61, 62) y de una salida para establecer un bloqueo de dichos segundos medios de conmutacion cuando dicha corriente alterna es de signo opuesto con respecto al de la tension en la entrada (P, N) a la que esta conectada dicha primera unidad de conmutacion.

   5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40
6. 6. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los medios inductivos del circuito de ayuda a la conmutacion (A1, A4) de cada unidad de conmutacion estan esencialmente constituidos por un transformador (TP, TN) conectado a la salida de conmutacion de dicha unidad de conmutacion y constan de unos arrollamientos bobinados a la inversa, y porque dichos medios de derivacion constan de unos medios de conmutacion auxiliares (TX1, TX4) conectados directamente entre dichos medios inductivos y la entrada de tension (P, N) a la que dicha unidad de conmutacion esta conectada.
7. 7. Dispositivo segun la reivindicacion 6, caracterizado porque el transformador (TP, TN) del circuito de ayuda a la conmutacion (A1, A4) de cada unidad de conmutacion (UC1, UC4) consta de:

   - un primer arrollamiento (71, 72) conectado entre la salida de conmutacion (S1, S4) de dicha unidad de conmutacion y los medios de derivacion (TX1, TX4) de dicho circuito de ayuda a la conmutacion, y

   - un segundo arrollamiento (73, 74) acoplado magneticamente a dicho primer arrollamiento y conectado entre dicha salida de conmutacion y la lmea de tension de referencia (REF).
8. 8. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque el transformador (TP, TN) presenta una relacion de transformacion inferior a la unidad.
9. 9. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque el circuito de ayuda a la conmutacion (A1, A4) de cada unidad de conmutacion (UC1, UC4) consta al menos de un primer diodo antirretorno (DX2, DX3) conectado entre el primer arrollamiento (71, 72) y la lmea de tension de referencia (REF).
10. 10. Dispositivo segun la reivindicacion 9, caracterizado porque el circuito de ayuda a la conmutacion (A1, A4) de cada unidad de conmutacion (UC1, UC4) consta de un segundo diodo antirretorno (DA2, D3) conectado entre el segundo arrollamiento (73, 74) y la lmea de tension de referencia (REF).
11. 11. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado porque dicho dispositivo consta de terceros medios de control que actuan sobre los primeros medios de conmutacion (T1, T4) de cada unidad de conmutacion (UC1, UC4), estando dichos terceros medios de control conectados entre el punto de entrada de la senal de control (F1, F2) de modulacion de ancho de pulso de dicha unidad de conmutacion y la entrada de control de dichos primeros medios de conmutacion (T1, T4), permitiendo dichos terceros medios de control controlar una sucesion de conducciones y bloqueos principales de dichos primeros medios de conmutacion a partir de dicha senal de control (F1, F2), constando dichos terceros medios de control, de un modulo de retardo (91, 92) concebido para establecer una conduccion principal retardada tras una duracion superior a una duracion predeterminada (TMAX).
12. 12. Dispositivo segun la reivindicacion 11, caracterizado porque dicho dispositivo consta de cuartos medios de control que actuan sobre los medios de conmutacion auxiliares (TX1, TX4) del circuito de ayuda a la conmutacion de cada unidad de conmutacion (UC1, UC4), estando dichos cuartos medios de control conectados entre el punto de entrada de la senal de control (F1, F2) de modulacion de ancho de pulso de dicha unidad de conmutacion y la entrada de control de dichos medios de control auxiliares (TX1, TX4), constando dichos cuartos medios de control, de un modulo (95, 96) concebido para establecer una conduccion de dichos medios de conmutacion auxiliares durante una duracion predefinida (TMAX').
13. 13. Alimentacion ininterrumpida (301) que comprende una entrada de alimentacion (302) en la que se aplica una tension de entrada alterna, un rectificador (303) conectado a dicha entrada, dos lmeas de tension sustancialmente continua de signos opuestos conectadas a la salida de dicho rectificador, un ondulador (306) conectado a dichas lmeas de tension, de tension sustancialmente continua y que consta de una salida (307) destinada a suministrar una tension de seguridad, caracterizada porque dicho ondulador es un dispositivo conversor segun una de las reivindicaciones anteriores y suministra a partir de las tensiones sustancialmente continuas una tension alterna de seguridad.