ES2821487T3 - Circuito de convertidor de potencia - Google Patents

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Morimitsu Sekimoto
Toshiyuki Maeda
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Abstract

Circuito (10) de convertidor de potencia que comprende: un grupo (16) de diodos que incluye una pluralidad de diodos dispuestos para rectificar una tensión de salida de un suministro (12) de potencia de corriente alterna; un relé (S) proporcionado en un punto ubicado más cerca del suministro (12) de potencia de corriente alterna que el grupo de diodos (16) ; una sección (18) de CC en la que se aplica una tensión de salida del grupo (16) de diodos; y un inversor (20) dispuesto para emitir una corriente eléctrica alterna trifásica a una carga (14) trifásica, la sección (18) de CC tiene una tensión de impulso máxima el doble de grande que una tensión de impulso mínima de la misma, caracterizado porque la sección (18) de CC incluye un circuito (28) de absorción de energía que es un circuito en serie entre un diodo (Ds) y un condensador electrolítico (Cs), y un circuito (30) de rectificación está conectado directamente a un punto ubicado más cerca del suministro (12) de potencia de corriente alterna que el relé (S) y está conectado al cátodo del diodo (Ds) en el circuito (28) de absorción de energía para proporcionar una trayectoria dispuesta para aplicar la tensión de salida del suministro (12) de potencia de corriente alterna desde el suministro (12) de potencia de corriente alterna hasta el condensador electrolítico (Cs) por medio del circuito (30) de rectificación, no por medio del relé (S), cuando el relé está apagado.

Description

DESCRIPCIÓN
Circuito de convertidor de potencia
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a un circuito de convertidor de potencia proporcionado entre un suministro de potencia de corriente alterna y una carga.
Técnica anterior
En el documento US 2007/0013332 A1 se describe un elemento de accionamiento de velocidad variable que comprende un módulo de rectificador principal que incluye tiristores para alimentar un bus continuo principal desde una red de potencia externa, un módulo de inversor que suministra una tensión de control variable a un motor eléctrico desde el bus principal, un módulo de rectificador auxiliar conectado a la red de potencia externa, una unidad de control electrónica que controla los tiristores, un módulo de alimentación que suministra la unidad de control desde el módulo de rectificador auxiliar y desde el módulo de rectificador principal. Un dispositivo de conmutación controlado por la unidad de control se usa para desconectar el módulo de alimentación y el módulo de rectificador auxiliar.
Además, se han desarrollado una variedad de circuitos de convertidor de potencia proporcionados entre un suministro de potencia de corriente alterna y una carga para suministrar respectivamente a la carga una corriente eléctrica alterna predeterminada. De los mismos, se ha propuesto la reducción del tamaño de inversores e inversores sin condensadores con el objetivo de una reducción de coste (“IMPROVED POWER FACTOR RECTIFIER CIRCUIT FOR INVERTER CONTROLlEd PM MOTOR” escrito por Isao Takahashi, publicado en el 2000 Technical Meeting 4-149 del Instituto de ingenieros eléctricos de Japón (celebrado en marzo de 2000), página 1591). Tal como se muestra en la figura 6, un inversor 40 sin condensador comprende: un grupo 16 de diodos; una sección 18 de CC; y un inversor 20. Además, se proporciona un relé S para corte de potencia en un punto entre un suministro 12 de potencia y el grupo 16 de diodos para impedir que la energía eléctrica entre en la sección 18 de CC cuando se detiene el inversor 20.
El grupo 16 de diodos es un puente de diodos que consiste en cuatro diodos. El grupo 16 de diodos realiza una rectificación de onda completa para una salida del suministro 12 de potencia de corriente alterna y emite a una línea 22 de suministro de potencia de una rama superior y una línea 24 de suministro de potencia de una rama inferior. La sección 18 de CC comprende: un reactor Lin insertado en las líneas 22 y 24 de suministro de potencia; y un condensador de alisado Ccc proporcionado en un punto entre las líneas 22 y 24 de suministro de potencia. La sección 18 de CC no incluye una gran capacitancia de un condensador electrolítico. El condensador de alisado Ccc de la sección 18 de CC tiene normalmente una capacitancia de aproximadamente 20 pF, lo cual es aproximadamente de 0,01 a 0,02 veces tan grande como el condensador electrolítico. El inversor 20 incluye un elemento de potencia de conmutación (transistor) y un diodo de reflujo, y emite potencia de corriente alterna a la carga 14.
La tensión de corriente continua fluctúa ampliamente aunque la energía de entrada en la sección 18 de CC es pequeña porque el condensador de alisado Ccc de la sección 18 de CC tiene una capacitancia pequeña. Además, los ejemplos del estado en el que la tensión de corriente continua tiende a aumentar incluyen el momento en el que se genera resonancia LC de un reactor Lin provocada por una activación del suministro de potencia/esfuerzo de potencia y un condensador de alisado Ccc, y el momento en el que se realiza un reflujo de energía de inductancia de la carga 14 cuando se detiene el inversor.
Tal como se muestra en la figura 7, se ha sugerido un inversor 40b sin condensador equipado con un circuito 28 de absorción de energía en la sección 18 de CC como una medida para prevenir la sobretensión mencionada anteriormente (documento JP 2005-20836 A). En el circuito 28 de absorción de energía, un diodo Ds, una resistencia Rs, un condensador electrolítico Cs están conectados en serie entre sí entre las líneas 22 y 24 de suministro de potencia. Dado que el condensador electrolítico Cs también se carga así como el condensador de alisado Ccc, la capacitancia aparente del condensador de alisado Ccc crece. Además, la resistencia Rs controla el paso de una corriente de carga a través del condensador electrolítico CS. Por consiguiente, una diferencia de potencial Vcc de ambos bordes del condensador de alisado Ccc se vuelve más pequeña, lo cual conduce a prevenir la sobretensión.
La tensión de carga del condensador electrolítico Cs se alisa de manera casi uniforme. El condensador electrolítico Cs puede usarse como suministro de potencia de un circuito para accionarse a una tensión fija. Además, el inversor 40b sin condensador está equipado con un circuito 26 de control dispuesto y configurado para controlar el elemento de potencia de conmutación y el relé S. Por consiguiente, se ha sugerido en el documento JP 2005-20836 A que el condensador electrolítico Cs se use como suministro de potencia del circuito 26 de control.
Sin embargo, en el caso en el que el relé S está apagado, no se aplica tensión al circuito 28 de absorción de energía proporcionado en la sección 18 de CC. El condensador electrolítico Cs que va a usarse como suministro de potencia del circuito 26 de control no se carga, de manera que el circuito 26 de control no se acciona. Como resultado, el relé S no puede encenderse y el inversor 40b sin condensador permanece apilado.
El documento de patente japonesa JPH1052051 divulga un circuito de convertidor de potencia eléctrica de CA/CAque comprende un conmutador electromagnético conectado a un suministro de potencia de entrada de CA, un convertidor de rectificador, un circuito de CC, un condensador de circuito de CC, un inversor, conectado al circuito de CC, un puente de rectificador de diodos conectado entre el conmutador electromagnético y el suministro de potencia de entrada de CA.
Sumario de la invención
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un circuito de convertidor de potencia capaz de suprimir la sobretensión de una sección de CC y generar un suministro de potencia para un circuito de control.
Medios para solucionar los problemas
El sumario de la presente invención se describe de la siguiente manera:
En un primer aspecto preferido de la presente invención, se proporciona un circuito de convertidor de potencia según la reivindicación 1 que comprende: un grupo de diodos que incluye una pluralidad de diodos dispuestos para rectificar una tensión de salida de un suministro de potencia de corriente alterna; un relé proporcionado en un punto ubicado más cerca del suministro de potencia de corriente alterna que el grupo de diodos; una sección de CC en la que se aplica una tensión de salida del grupo de diodos; y un inversor dispuesto para emitir una corriente eléctrica alterna trifásica a una carga trifásica. La sección de CC tiene una tensión de impulso máxima el doble de grande que una tensión de impulso mínima de la misma. La sección de CC incluye un circuito de absorción de energía que es un circuito en serie entre un diodo y un condensador electrolítico. Un circuito de rectificación está conectado directamente a un punto más cerca del suministro de potencia de corriente alterna que el relé y está conectado al condensador electrolítico para proporcionar una trayectoria dispuesta para aplicar la tensión de salida del suministro de potencia de corriente alterna desde el suministro de potencia de corriente alterna hasta el condensador electrolítico por medio de un circuito de rectificación, no por medio del relé, cuando el relé está apagado.
Según la presente invención, el circuito de convertidor de potencia rectifica generalmente en un puente de diodos y carga el condensador electrolítico proporcionado en una etapa posterior. Cuando el relé proporcionado en una etapa anterior del puente de diodos está apagado, el circuito de convertidor de potencia carga el condensador electrolítico desde el suministro de potencia por medio del circuito de rectificación, no por medio del relé.
En un segundo aspecto preferido, el circuito de convertidor de potencia según la presente invención incluye además un circuito de control dispuesto y configurado para controlar el inversor usando una tensión de carga del condensador electrolítico como suministro de potencia. El circuito de control funciona usando la tensión de carga del condensador electrolítico como suministro de potencia.
En un tercer aspecto preferido, el circuito de convertidor de potencia según la presente invención incluye además un circuito de control dispuesto y configurado para encender/apagar el relé usando la tensión de carga del condensador electrolítico como suministro de potencia. El condensador electrolítico se usa habitualmente como suministro de potencia del circuito de control porque el condensador electrolítico se carga aunque el relé esté apagado.
está cancelado.
En un cuarto aspecto preferido del circuito de convertidor de potencia según la presente invención, el circuito (28) de absorción de energía comprende además una resistencia (Rs) y es un circuito en serie entre el diodo (Ds), una resistencia (Rs) y el condensador electrolítico (Cs); y el circuito (30) de rectificación está conectado a cualquier punto de conexión entre el diodo (Ds) y la resistencia (Rs) o la resistencia (Rs) y el condensador electrolítico (Cs) .
En un quinto aspecto preferido del circuito de convertidor de potencia, la trayectoria está dispuesta para aplicar la tensión de salida del suministro (12) de potencia de corriente alterna al condensador electrolítico (Cs) por medio del circuito (30) de rectificación que incluye una resistencia (Rss).
En un sexto aspecto preferido del circuito de convertidor de potencia, el circuito de rectificación es o bien un circuito de rectificación de onda completa o bien un circuito de rectificación de media onda. Se realiza una rectificación de onda completa o una rectificación de media onda para aplicar una tensión al condensador electrolítico.
En un séptimo aspecto preferido del circuito de convertidor de potencia de la presente invención, el condensador electrolítico es un condensador electrolítico del circuito de absorción de energía proporcionado en la etapa posterior del puente de diodos. La tensión de carga del condensador electrolítico en el circuito de absorción de energía se alisa de manera prácticamente constante y pasa a ser un suministro de potencia del circuito de control que necesita una tensión fija.
Efectos de la invención
Según la presente invención, es posible aplicar una tensión desde el suministro de potencia hasta el condensador electrolítico por medio del circuito de rectificación, no por medio del relé. Esto hace posible cargar el condensador electrolítico aunque el relé esté apagado. Aunque el relé esté apagado, se acciona el circuito de control que usa el condensador electrolítico como suministro de potencia, de manera que el relé se enciende/se apaga. El circuito de convertidor de potencia puede prevenir la sobretensión debido a que tiene un condensador electrolítico.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama esquemático de un circuito de convertidor de potencia según la presente invención;
la figura 2 es un diagrama esquemático en el que se comparte una resistencia del circuito de convertidor de potencia mostrado en la figura 1;
la figura 3 es un diagrama esquemático en el que se ajusta un valor de resistencia del circuito de convertidor de potencia mostrado en la figura 1;
la figura 4 es un diagrama esquemático de un circuito de convertidor de potencia según la presente invención que usa un circuito de rectificación de onda completa;
la figura 5 es un diagrama esquemático en el que se ajusta un valor de resistencia del circuito de convertidor de potencia mostrado en la figura 4;
la figura 6 es un diagrama esquemático de un inversor convencional sin condensador;
la figura 7 es un diagrama esquemático de un circuito de absorción de energía en el inversor sin condensador mostrado en la figura 6.
Descripción de las realizaciones preferidas
El circuito de convertidor de potencia de la presente invención se describirá ahora haciendo referencia a los dibujos adjuntos. El circuito de convertidor de potencia descrito a continuación es un inversor sin condensador.
Tal como se muestra en la figura 1, se usa un circuito 10 de convertidor de potencia en un punto entre un suministro 12 de potencia y una carga 14 y emite una potencia de corriente alterna predeterminada a la carga 14. El suministro 12 de potencia mostrado en la figura 1 es un suministro de potencia monofásica. La carga 14 es una carga trifásica y un ejemplo de la misma es un motor trifásico.
El circuito 10 de convertidor de potencia incluye un relé S, un grupo 16 de diodos, una sección 18 de CC y un inversor 20. El grupo 16 de diodos, la sección 18 de Cc, y el inversor 20 están conectados entre sí por una primera línea 22 de suministro de potencia de una rama superior y una segunda línea 24 de suministro de potencia de una rama inferior. Además, el circuito 10 de convertidor de potencia incluye un circuito 26 de control dispuesto y configurado para accionar y controlar el relé S y el inversor 20.
El grupo 16 de diodos es un puente de diodos que consiste en cuatro diodos. El grupo 16 de diodos realiza una rectificación de onda completa para emitir una tensión de corriente continua a la primera línea 22 de suministro de potencia y la segunda línea 24 de suministro de potencia. La segunda línea 24 de suministro de potencia tiene una tensión inferior a la primera línea 22 de suministro de potencia.
La sección 18 de CC, en la que la salida de tensión de corriente continua se aplica a la etapa posterior del grupo 16 de diodos, incluye un reactor Lin y un condensador de alisado Ccc para alisar la tensión de corriente continua emitida desde el grupo 16 de diodos. El reactor Lin está insertado en la primera línea 22 de suministro de potencia y está conectado a un punto entre las líneas 22 y 24 de suministro de potencia. Tal como se muestra en la figura 1, el reactor Lin y el condensador de alisado Ccc están diseñados para ser circuitos de alisado generales. Tal como se describió en la técnica anterior, el condensador de alisado tiene un volumen bajo.
La sección 18 de CC tiene una tensión de impulso máxima el doble de grande que una tensión de impulso mínima de la misma. Y la sección 18 de CC incluye un circuito 28 de absorción de energía como una medida de la misma. El circuito 28 de absorción de energía está conectado en paralelo al condensador de alisado Ccc. El circuito 28 de absorción de energía está conectado en serie al diodo Ds, la resistencia Rs, y el condensador electrolítico Cs en este orden desde el lado de la primera línea 22 de suministro de potencia. En el diodo Ds, un ánodo está conectado a la primera línea 22 de suministro de potencia. El condensador de alisado Ccc está conectado en serie al condensador electrolítico Cs, dando como resultado un aumento en la capacitancia aparente del condensador de alisado Ccc. La resistencia Rs tiene funciones para controlar un rápido aumento de la tensión. La sobretensión de la tensión impuesta entre ambos extremos Vcc en el condensador de alisado Ccc se suprime mediante el circuito 28 de absorción de energía. Además, el condensador electrolítico Cs se carga con una tensión alisada en la tensión fija.
En la presente invención, aunque se usa la resistencia Rs para el circuito 28 de absorción de energía, puede omitirse la resistencia Rs si no se necesita minimizar el rápido cargado del condensador electrolítico Cs.
Un circuito 30 de rectificación está conectado a un punto ubicado más cerca del suministro de potencia de corriente alterna que el relé S para aplicar una tensión al condensador electrolítico Cs por medio del circuito 30 de rectificación en la presente invención. Es decir, aunque el relé S esté apagado, puede aplicarse una tensión al condensador electrolítico Cs. El circuito 30 de rectificación es un circuito de rectificación de media onda que consiste en un diodo Dss. El ánodo del diodo Dss está conectado al suministro de potencia de corriente alterna. Se genera una tensión de corriente continua mediante una rectificación de media onda. Esto hace posible aplicar la tensión de corriente continua al condensador electrolítico Cs.
El circuito 26 de control transmite una señal para encender el relé S o transmite una señal de control para accionar un elemento de potencia de conmutación para el inversor 20. El circuito 26 de control acciona una tensión de carga del condensador electrolítico Cs como suministro de potencia. Tal como se mencionó anteriormente, es posible garantizar el suministro de potencia del circuito 26 de control porque el condensador electrolítico Cs se carga aunque el relé S esté apagado. Es posible transmitir una señal para encender el relé S y accionar el circuito 10 de convertidor de potencia porque el circuito 26 de control está siempre accionado. Cuando el relé S está encendido, el condensador electrolítico Cs se carga por medio del diodo Ds y la resistencia Rs. La tensión se convierte en una tensión que es capaz de accionar el circuito 26 de control mediante un convertidor 32 de CC/CC cuando sea necesario.
Se proporciona una resistencia Rss entre el circuito 30 de rectificación y el condensador electrolítico Cs. Esta resistencia Rss reduce la corriente eléctrica. Cuando la resistencia Rs del circuito 28 de absorción de energía es demasiado grande, una caída en la tensión en la resistencia Rs en el momento en el que se absorbe energía, dicho de otro modo, cuando fluye una corriente eléctrica a la resistencia Rs, da como resultado un aumento en la tensión Vcc. Por tanto, hay más casos en los que la resistencia Rss se ajusta para ser mayor que la resistencia Rs. Además, la resistencia Rss puede proporcionarse en un punto ubicado más cerca del suministro 12 de potencia que el circuito 30 de rectificación en el caso en que la resistencia RSS está ubicada en una trayectoria entre el suministro 12 de potencia y el condensador electrolítico Cs.
Cuando el valor de la resistencia Rss es el mismo que el de la resistencia Rs, mientras la resistencia Rss todavía permanece como un circuito 10b de convertidor de potencia mostrado en la figura 2, una salida del circuito 30 de rectificación puede conectarse a un punto entre el diodo Ds del circuito 28 de absorción de energía y la resistencia Rs. Además, como un circuito 10c de convertidor de potencia mostrado en la figura 3, la salida del circuito 30 de rectificación puede conectarse a un punto entre el diodo Ds del circuito 28 de absorción de energía y la resistencia Rs. Como resultado, la resistencia Rss está conectada en serie a la resistencia Rs, de manera que las dos resistencias Rss y Rs reducen la corriente eléctrica. Tal como se mencionó anteriormente, el valor de la resistencia Rss se ajusta de manera apropiada.
Debe entenderse que el circuito 30 de rectificación no se limita a un circuito de rectificación de media onda. Tal como se indica en un circuito 10d de convertidor de potencia mostrado en la figura 4, un circuito de rectificación de onda completa que consiste en cuatro diodos DBss está conectado a un punto ubicado más cerca del suministro de potencia de corriente alterna que el relé S. Una salida del circuito de rectificación de onda completa se aplica al condensador electrolítico Cs. La eficiencia de uso de una tensión de suministro de potencia se aumenta más que el circuito de rectificación de media onda. Y tal como se indica en un circuito 10e de convertidor de potencia mostrado en la figura 5, la salida del circuito de rectificación de onda completa puede conectarse a un punto entre el diodo Ds del circuito 28 de absorción de energía y la resistencia Rs. En la figura 5, hay un caso en el que es imposible ajustar la resistencia Rss como la figura 2. El valor de la resistencia Rss se ajusta de manera apropiada.
En el inversor 20, dos elementos de potencia de conmutación (transistores) están conectados en serie entre sí y una sección de conexión de los mismos está conectada a un borne de la carga 14. Los elementos de potencia de conmutación conectados en serie están conectados a la primera línea 22 de suministro de potencia y la segunda línea 24 de suministro de potencia. Dado que la carga 14 es una carga trifásica, el número total de los elementos de potencia de conmutación es seis. Un diodo de reflujo está conectado en paralelo a cada elemento de potencia de conmutación. Se emite una corriente eléctrica trifásica deseada a la carga 14 mediante el ajuste de la temporización de encendido/apagado de los elementos de potencia de conmutación usando el circuito 26 de control.
Tal como se describió anteriormente, es posible aplicar una tensión al condensador electrolítico Cs en la sección 18 de CC ubicada en la etapa posterior del grupo 16 de diodos desde la etapa anterior, no desde el relé S en la presente invención. Aunque el relé S esté apagado, es posible hacer que se accione el circuito 26 de control usando el condensador electrolítico Cs como suministro de potencia. Como resultado, no hay posibilidad de que el relé S pueda permanecer apagado como uno convencional. Además, es posible evitar la sobretensión mediante el condensador electrolítico Cs del circuito 28 de absorción de energía así como uno convencional.
Por ejemplo, la realización también puede aplicarse a un inversor trifásico sin condensador, aunque también puede aplicarse un inversor monofásico sin condensador mostrado en la figura 1.
Descripción de los números de referencia
10, 10b, 10c, 10d, 10e: circuito de convertidor de potencia; 12: suministro de potencia de corriente alterna; 14: carga; 16: grupo de diodos; 18: sección de CC; 20: inversor; 22: línea de suministro de potencia de rama superior; 24: línea de suministro de potencia de rama inferior; 26: circuito de control; 28: circuito de absorción de energía; 30: circuito de rectificación; 32: convertidor de CC/CC

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Circuito (10) de convertidor de potencia que comprende:
    un grupo (16) de diodos que incluye una pluralidad de diodos dispuestos para rectificar una tensión de salida de un suministro (12) de potencia de corriente alterna;
    un relé (S) proporcionado en un punto ubicado más cerca del suministro (12) de potencia de corriente alterna que el grupo de diodos (16) ;
    una sección (18) de CC en la que se aplica una tensión de salida del grupo (16) de diodos; y
    un inversor (20) dispuesto para emitir una corriente eléctrica alterna trifásica a una carga (14) trifásica, la sección (18) de CC tiene una tensión de impulso máxima el doble de grande que una tensión de impulso mínima de la misma,
    caracterizado porque
    la sección (18) de CC incluye un circuito (28) de absorción de energía que es un circuito en serie entre un diodo (Ds) y un condensador electrolítico (Cs), y
    un circuito (30) de rectificación está conectado directamente a un punto ubicado más cerca del suministro (12) de potencia de corriente alterna que el relé (S) y está conectado al cátodo del diodo (Ds) en el circuito (28) de absorción de energía para proporcionar una trayectoria dispuesta para aplicar la tensión de salida del suministro (12) de potencia de corriente alterna desde el suministro (12) de potencia de corriente alterna hasta el condensador electrolítico (Cs) por medio del circuito (30) de rectificación, no por medio del relé (S), cuando el relé está apagado.
  2. 2. Circuito (10) de convertidor de potencia según la reivindicación 1, que comprende además un circuito (26) de control dispuesto y configurado para controlar el inversor (20) usando una tensión de carga del condensador electrolítico (Cs) como suministro de potencia.
  3. 3. Circuito (10) de convertidor de potencia según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además un circuito (26) de control dispuesto y configurado para encender/apagar el relé (S) usando la tensión de carga del condensador electrolítico (Cs) como suministro de potencia.
  4. 4. Circuito (10) de convertidor de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el circuito (28) de absorción de energía comprende además una resistencia (Rs) y es un circuito en serie entre el diodo (Ds), una resistencia (Rs) y el condensador electrolítico (Cs); y
    el circuito (30) de rectificación está conectado a cualquier punto de conexión entre el diodo (Ds) y la resistencia (Rs) o la resistencia (Rs) y el condensador electrolítico (Cs).
  5. 5. Circuito (10) de convertidor de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la trayectoria dispuesta para aplicar la tensión de salida del suministro (12) de potencia de corriente alterna al condensador electrolítico (Cs) por medio del circuito (30) de rectificación incluye una resistencia (Rss).
  6. 6. Circuito (10) de convertidor de potencia según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el circuito (30) de rectificación es uno de un circuito de rectificación de onda completa y un circuito de rectificación de media onda.
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