ES2864010T3 - Circuito de suministro de corriente multifásica, aparato de accionamiento, compresor y acondicionador de aire - Google Patents

Circuito de suministro de corriente multifásica, aparato de accionamiento, compresor y acondicionador de aire Download PDF

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ES2864010T3 ES05807044T ES05807044T ES2864010T3 ES 2864010 T3 ES2864010 T3 ES 2864010T3 ES 05807044 T ES05807044 T ES 05807044T ES 05807044 T ES05807044 T ES 05807044T ES 2864010 T3 ES2864010 T3 ES 2864010T3
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Abstract

Un circuito de suministro de corriente multifásica, que comprende: un supresor de valores pico (7) conectado a una fuente de alimentación de CA (13) que proporciona a la salida un voltaje de CA (Vin), suprimiendo el supresor de valores pico un sobrevoltaje superpuesto a dicho voltaje de CA; un convertidor (2) que recibe dicho voltaje de CA de dicha fuente de alimentación de CA a través de dicho supresor de valores pico y que rectifica dicho voltaje de CA; un condensador (31) que recibe una salida de dicho convertidor (2); y un inversor (4) que recibe un voltaje en ambos extremos (Vdc) de dicho condensador y que proporciona a la salida corrientes de CA multifásicas (iu, iv, iw); caracterizado por una primera derivación (33) conectada en paralelo a dicho condensador, incluyendo dicha primera derivación una conexión en serie de un elemento resistivo (Rs) y un elemento capacitivo (Cs); en el que dicha primera derivación (33) incluye además un diodo (Ds) conectado en serie a dicho elemento resistivo (Rs) y dicho elemento capacitivo (Cs), y una dirección de un ánodo a un cátodo de dicho diodo (Ds) coincide con una dirección de un lado de alto potencial a un lado de bajo potencial de dicho condensador (31).

Description

DESCRIPCIÓN
Circuito de suministro de corriente multifásica, aparato de accionamiento, compresor y acondicionador de aire Campo técnico
Esta invención se refiere a una técnica de inversor.
Antecedentes de la técnica
La Figura 11 es un diagrama de circuito que ilustra la configuración de un circuito convencional de suministro de corriente multifásica. Un sistema de suministro de energía 1 incluye una fuente de alimentación de CA 13 monofásica o multifásica, por ejemplo, trifásica, y suministra un voltaje de CA Vin a un convertidor de CA-CC (en lo sucesivo, brevemente denominado "convertidor") 2. Se muestra una inductancia parásita al sistema de suministro de energía 1 como un inductor 12 conectado en serie a la fuente de alimentación de CA 13.
Un circuito intermedio 3 está interpuesto entre el convertidor 2 y un inversor 4, y la salida del convertidor 2 se suministra al circuito intermedio 3. El circuito intermedio 3 incluye un condensador 31, y la salida del convertidor 2 se suministra a ambos extremos del condensador 31. El valor de capacitancia C del condensador 31 es pequeño y se establece selectivamente en, por ejemplo, 20 pF. El condensador 31 se puede reducir de tamaño disminuyendo su valor de capacitancia C.
Un voltaje rectificado vdc, que es un voltaje en ambos extremos del condensador 31, se introduce en el inversor 4. En el inversor 4, la conmutación de los transistores que sirven como sus dispositivos de conmutación para el inversor 4 se lleva a cabo sobre la base de las señales de conmutación Tu, Tv y Tw obtenidas de un circuito de control 6. Como resultado, las corrientes trifásicas iu, iv, iw se suministran de ese modo a un motor 5.
El circuito de control 6 está suministrado con una fase 01 del voltaje de CA Vin, el voltaje rectificado vdc, las corrientes iu, iv, iw y un ángulo de posición de rotación 0m de un rotor del motor 5. Estas cantidades respectivas pueden detectarse utilizando una técnica bien conocida. Sobre la base de estas cantidades, el circuito de control 6 genera las señales de conmutación Tu, Tv y Tw .
Se conoce públicamente una técnica que reduce extremadamente el valor de capacitancia C del condensador 31 y controla apropiadamente las señales de conmutación Tu, Tv y Tw sobre la base de las cantidades respectivas mencionadas anteriormente, para llevar a cabo de este modo la conversión de CA-CA. Dicho control de conmutación se denominará en este documento control del inversor sin condensador. El control del inversor sin condensador permite la reducción del tamaño de todo el circuito, incluidos el condensador y el inversor, para lograr una reducción de costes, en comparación con un circuito ordinario que tiene el circuito intermedio 3 reemplazado por el circuito de suavizado 301 o 302 (mostrado en las Figuras 12 y 13, respectivamente). Mientras que el circuito de suavizado 301 emplea un condensador de suavizado CC de gran capacitancia y un reactor de corrección LL del factor de potencia, el control del inversor sin condensador puede suprimir una reducción en el factor de potencia en el lado de la fuente de alimentación sin usar tal reactor de corrección LL del factor de potencia. En el caso de una fuente de alimentación monofásica, el circuito de suavizado 302 está provisto además de un diodo DD y un transistor QQ, que sirve como dispositivo de conmutación, para constituir un circuito troceador a fin de reducir los armónicos más altos de la fuente de alimentación, sin embargo, el control del inversor sin condensador puede suprimir los armónicos más altos de la fuente de alimentación sin utilizar el circuito troceador.
El control del inversor sin condensador monofásico se describe, por ejemplo, en el documento 1 que no es de patente. En el documento 1 que no es de patente, un voltaje rectificado, que tiene pulsaciones en gran medida a una frecuencia casi el doble de la de una fuente de alimentación de CA monofásica, se aplica a un inversor, pero se proporciona a la salida una corriente de CA trifásica mediante el control apropiado de conmutación en el inversor. El documento 1 que no es de patente muestra que, en el control del inversor sin condensador monofásico, el factor de potencia adquiere un valor excelente del 97%, o más, cuando el valor máximo del voltaje en ambos extremos de un condensador no es menor que el doble de su valor mínimo.
El control del inversor sin condensador trifásico se describe, por ejemplo, en el documento 2 que no es de patente. En el documento 2 que no es de patente, un voltaje rectificado, que tiene pulsaciones a una frecuencia seis veces la de una fuente de alimentación de CA trifásica, se aplica a un inversor, pero se proporciona a la salida una corriente de CA trifásica mediante el control apropiado de conmutación en el inversor. El documento 2 que no es de patente muestra que, en el control del inversor sin condensador trifásico, el factor de potencia adquiere un valor excelente del 95,5%, o más, cuando el valor mínimo del voltaje en ambos extremos de un condensador no es mayor que 31/2/2 veces su valor máximo.
Además, el documento 3 que no es de patente describe un control del inversor sin condensador que tiene un convertidor activo trifásico. El documento 3 que no es de patente muestra que el control apropiado de la conmutación del convertidor activo puede estabilizar el voltaje en ambos extremos de un condensador y, además, puede suprimir armónicos superiores de una fuente de alimentación.
Además, el documento 1 de patente describe una unidad de energía eléctrica para un procesamiento ARC. El diseño considera como entrada la corriente alterna, la rectifica y la convierte en corriente continua. En el suavizado por un circuito de suavizado, la unidad de energía eléctrica para el procesamiento ARC convierte la señal generada en CA de alta frecuencia mediante un circuito inversor. El circuito de suavizado consiste en un circuito en serie de resistencia y dos condensadores conectados en paralelo con este circuito en serie.
Además, el documento 2 de patente describe un circuito de protección frente a transitorios. El circuito de protección frente a transitorios es para un suministro de voltaje de CC y tiene un medio, tal como un condensador, para absorber la energía de transitorios desarrollada en las líneas del suministro. Para proporcionar tal protección sin cargar el suministro con un gran condensador conectado permanentemente, los medios para absorber la energía de transitorios están conectados indirectamente en paralelo con las líneas de suministro a través de una respuesta de voltaje y un elemento que conduce mientras ocurre el transitorio.
Además, el documento 3 de patente describe un supresor de transitorios. Un suministro eléctrico tiene un supresor de transitorios, en el que el conmutador de transistor conecta una resistencia a través del suministro para disipar una condición de sobrevoltaje. El control del conmutador de transistor enciende el conmutador en una primera condición de sobrevoltaje y lo apaga cuando el voltaje cae a un nivel menor que el del primer nivel de sobrevoltaje.
Documento 1 que no es de patente: Isao Takahashi "Inverter Controlling Method for a PM Motor having a Diode Rectifying Circuit with a High Input Power Factor", Instituto de Ingenieros Eléctricos de Japón, Conferencia Nacional en 2000, 4-149 (marzo de 2000), pág.1591
Documento 2 que no es de patente: Yoichi Ito, Isao Takahashi "Capacitorless PWM inverter" 1988, Instituto de Ingenieros Eléctricos de Japón, Sociedad de Aplicaciones Industriales, Conferencia Nacional, págs. 445-450 Documento 3 que no es de patente: Yoichi Ito, Isao Takahashi, Fumiaki Hachiboshi, Kazuhiko Tanaka "Capacitorless PWM inverter (Study on PWM Control Technique)" 1989, Instituto de Ingenieros Eléctricos de Japón, Conferencia Nacional, págs. 5-89 a 5-90.
Documento 1 de patente: JP H0639270U
Documento 2 de patente: EP 0375020 A2
Documento 3 de patente: US 3173029 A
En el sistema de suministro de energía 1 del circuito de suministro de corriente multifásica que emplea el control del inversor sin condensador, como se describió anteriormente, se supone un caso en el que se superpone un sobrevoltaje por rayos. Por lo tanto, es conveniente tomar medidas de protección contra rayos en el sistema de suministro de energía 1.
La Figura 14 es un diagrama de circuito que muestra la configuración en la que un pararrayos 7 está interpuesto entre el sistema de suministro de energía 1 y el convertidor 2 en el circuito de suministro de corriente multifásica mostrado en la Figura 11. El convertidor 2 recibe el voltaje de CA Vin a través del pararrayos 7. En este caso, el pararrayos 7 sirve como medio de supresión de valores pico para suprimir un sobrevoltaje superpuesto al voltaje de CA Vin.
Se considerarán los daños que recibe el inversor 4 cuando se superpone un sobrevoltaje por rayos en el sistema de suministro de energía 1. La Figura 15 es un gráfico que muestra una forma de onda 101 del voltaje de CA Vin y una forma de onda 110 del voltaje rectificado vdc. En este documento, la simulación se ejecutó en el caso en el que una fase de la fuente de alimentación de CA 13 (cuando la fuente de alimentación de CA 13 es una fuente de alimentación de CA monofásica, su salida) generó un voltaje sinusoidal con una frecuencia de 50 Hz y un valor eficaz de 270 V, y se produjo un sobrevoltaje por rayos de varios miles de voltios, con una anchura de 50 gs cerca del pico del voltaje sinusoidal. Mientras que una inductancia L0 del inductor parásito 12 puede variar realmente según las condiciones regionales de distribución de energía (las longitudes de las líneas eléctricas y la diferencia en la inductancia de fuga de los transformadores), se emplearon 230 gH en esta simulación. Para el valor de capacitancia C del condensador 31, se emplearon 20 gF. El voltaje de CA Vin se supuso que estaba sujeto a 800 V por el pararrayos 7. Para simplificar, la simulación se ejecutó en el caso en el que el inversor 4 estaba en espera (cuando se prevé un convertidor activo, también el convertidor activo) y no se suministraba corriente (iu = iv = iw = 0) al motor 5.
La forma de onda 110 del voltaje rectificado vdc casi coincidió con el valor pico (205 x 270 V) del voltaje de CA Vin hasta inmediatamente antes de la superposición de la sobrecarga por rayos, pero aumentó en algo más de 250 V después de la superposición, y el valor pico excedió los 600 V. Se muestra la simulación en la que no se suministraba corriente al motor 5 (cuando el inversor 4 estaba en espera, por ejemplo), se muestra la forma de onda con el voltaje rectificado vdc que se mantiene en magnitud. Sin embargo, este problema sobre el valor pico se produce incluso cuando se suministra corriente al motor 5.
En el caso en el que la fuente de alimentación sea un sistema de 200 V, los componentes que tienen un voltaje de ruptura de aproximadamente 600 V se seleccionan a menudo como el transistor que se utilizará en el circuito inversor 4 con el fin de reducir su tamaño. En consecuencia, existe una alta posibilidad de que la superposición de un sobrevoltaje por rayos, incluso cuando el pararrayos 7 reduce el valor, sobre el voltaje de CA Vin, como se muestra en la Figura 15, pueda causar serios daños en el circuito inversor 4.
Sin embargo, tal fenómeno no causa grandes daños en el circuito inversor 4 en el caso en el que el valor de capacitancia C del condensador 31 sea grande. La Figura 16 es un gráfico que muestra la forma de onda 101 del voltaje de CA Vin y una forma de onda 111 del voltaje rectificado vdc. El gráfico de la Figura 16 muestra los resultados de la simulación empleando 900 pF para el valor de capacitancia C del condensador 31, a diferencia del gráfico de la Figura 15. En este caso, el voltaje rectificado vdc se elevó a tan poco como cuatrocientos y varias decenas de voltios, mientras que el voltaje de CA Vin alcanzó tanto como 800 V.
Esto se considera porque, a medida que disminuye el valor de capacitancia C, una corriente de carga íc , que el sobrevoltaje por rayos introduce en el condensador 31 a través del convertidor 2, hace que se genere un voltaje más alto en el condensador 31. En otras palabras, para llevar a cabo el control del inversor sin condensador que tiene las ventajas descritas anteriormente, debe suprimirse un aumento de voltaje en el condensador 31 debido al sobrevoltaje por rayos.
Descripción de la invención
Esta invención se ha realizado en vista de tales problemas y tiene el objeto de proporcionar una técnica capaz de lograr un control del inversor sin condensador, con la capacitancia de un condensador en un circuito intermedio significativamente reducida, incluso cuando se superpone un sobrevoltaje por rayos.
Un primer aspecto de un circuito de suministro de corriente multifásica de esta invención comprende las características de la reivindicación 1.
Un segundo aspecto del circuito de suministro de corriente multifásica de esta invención, en el primer aspecto, comprende además un inductor (21,22, 23; 32) conectado en serie a la conexión en paralelo del condensador (31) y la primera derivación (33; 34).
Según un tercer aspecto del circuito de suministro de corriente multifásica de esta invención, en el primer o segundo aspecto, la fuente de alimentación de CA (13) es una fuente de alimentación de CA monofásica, el convertidor (2) es un puente de diodos rectificadores de onda completa monofásica (2a) y el valor máximo del voltaje en ambos extremos no es menor que el doble del valor mínimo del voltaje en ambos extremos.
Un cuarto aspecto del circuito de suministro de corriente multifásica de esta invención, en el primer o segundo aspecto, la fuente de alimentación de CA (13) es una fuente de alimentación de CA trifásica, el convertidor (2) es un puente de diodos rectificadores de onda completa trifásica (2b) y el valor mínimo del voltaje en ambos extremos no es mayor que 31/2/2 veces el valor máximo del voltaje en ambos extremos.
Según un quinto aspecto del circuito de suministro de corriente multifásica de esta invención, en uno cualquiera de los aspectos primero a cuarto, la fuente de alimentación de CA (13) es una fuente de alimentación de CA trifásica y el convertidor (2) incluye un convertidor activo trifásico (24).
Un sexto aspecto del circuito de suministro de corriente multifásica de esta invención, en el quinto aspecto, comprende además un reactor interconectado (20) interpuesto entre la fuente de alimentación de CA (13) y el convertidor activo (24).
Según los aspectos primero y segundo del circuito de suministro de corriente multifásica de esta invención, el control del inversor sin condensador se lleva a cabo con la capacitancia del condensador significativamente reducida, incluso cuando se superpone un sobrevoltaje por rayos.
Particularmente, según los aspectos primero y segundo, el diodo reduce el consumo de energía en el funcionamiento normal.
Particularmente, según el segundo aspecto del circuito de suministro de corriente multifásica de esta invención, el valor pico del voltaje en ambos extremos del condensador se reduce incluso cuando se superpone un sobrevoltaje por rayos.
Particularmente, según los aspectos tercero y cuarto del circuito de suministro de corriente multifásica de esta invención, el condensador se reduce en valor y tamaño.
Según los aspectos quinto y sexto del circuito de suministro de corriente multifásica de esta invención, se suprime la aparición de armónicos superiores.
Se puede obtener un aparato de accionamiento que comprende el circuito de suministro de corriente multifásica según uno cualquiera de los aspectos primero a noveno de esta invención y un motor al que se suministran las corrientes de CA multifásicas, según la reivindicación 7.
Se puede obtener un compresor que comprende el aparato de accionamiento descrito anteriormente y accionado mediante el mismo, según la reivindicación 8.
Se puede obtener un acondicionador de aire que comprende el compresor descrito anteriormente y que realiza un enfriamiento o calentamiento usando un refrigerante comprimido por el compresor, según la reivindicación 8.
Estos y otros objetos, características, aspectos y ventajas de esta invención resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y los dibujos que se acompañan.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de circuito que muestra un aparato de accionamiento según una primera realización de esta invención.
Las Figuras 2 y 3 son diagramas de circuito, cada uno mostrando una configuración aplicable a esta invención. La Figura 4 es un diagrama de circuito que muestra una configuración de un convertidor.
La Figura 5 es un diagrama de bloques que muestra una modificación de la primera realización de esta invención. La Figura 6 es un gráfico que muestra el funcionamiento en la primera realización de esta invención.
La Figura 7 es un gráfico que muestra el funcionamiento en una modificación de la primera realización de esta invención.
La Figura 8 es un diagrama de circuito que muestra un circuito intermedio según una segunda realización de esta invención.
La Figura 9 es un gráfico que muestra el funcionamiento en la segunda realización de esta invención.
La Figura 10 es un diagrama de circuito que muestra parte de un circuito de suministro de corriente multifásica según una tercera realización de esta invención.
La Figura 11 es un diagrama de circuito que ilustra una configuración de un circuito convencional de suministro de corriente multifásica.
La Figura 12 es un diagrama de circuito que ilustra una configuración de un circuito convencional de suavizado. La Figura 13 es un diagrama de circuito que ilustra una configuración de un circuito convencional de suavizado. La Figura 14 es un diagrama de circuito que ilustra una configuración de un circuito de suministro de corriente multifásica provisto de un pararrayos 7.
La Figura 15 es un gráfico que muestra el funcionamiento del circuito de suministro de corriente multifásica provisto del pararrayos 7.
La Figura 16 es un gráfico que muestra el funcionamiento del circuito de suministro de corriente multifásica provisto del pararrayos 7.
Mejor modo de llevar a cabo la invención
Primera realización
La Figura 1 es un diagrama de circuito que muestra un aparato de accionamiento según la primera realización de esta invención. El aparato de accionamiento está provisto de un motor 5 que sirve como la parte de accionamiento y un circuito de suministro de corriente multifásica para suministrar corrientes multifásicas al mismo.
El circuito de suministro de corriente multifásica incluye un convertidor 2, un circuito intermedio 3a, un inversor 4, un circuito de control 6 y un pararrayos 7. Un sistema de suministro de energía 1 monofásico o multifásico, por ejemplo, trifásico, está conectado al convertidor 2, con el pararrayos 7 interpuesto entre los mismos, y se rectifica el voltaje de CA Vin . Dado que existe una inductancia parásita en el sistema de suministro de energía 1 como se describió anteriormente, la inductancia parásita se muestra como un inductor 12 conectado en serie a una fuente de alimentación de CA 13. Se empleó un valor de 230 pH como la capacitancia parásita L0 de cada fase.
El convertidor 2 rectifica el voltaje de CA V¡n y lo introduce en el circuito intermedio 3a. El circuito intermedio 3a incluye un condensador 31 y una derivación 33 conectada en paralelo al mismo. Y el voltaje rectificado vdc, que es el voltaje en ambos extremos del condensador 31, se proporciona a la salida al inversor 4.
La Figura 2 es un diagrama de circuito que ilustra una configuración de un sistema de suministro de energía 1a, un convertidor 2a y un pararrayos 7a, todos de tipo monofásico, que se pueden emplear como el sistema de suministro de energía 1, el convertidor 2 y el pararrayos 7.
Se muestra que el sistema de suministro de energía 1 a incluye una fuente de alimentación de CA monofásica 13a y un inductor parásito 120a. El pararrayos 7a incluye un elemento de protección 70 conectado en paralelo al sistema de suministro de energía 1 a. Puede emplearse un varistor como el elemento de protección 70. El convertidor 2a está compuesto por un puente de diodos rectificadores de onda completa monofásica.
En el caso en el que se utilice tal corriente alterna monofásica como fuente de alimentación, el valor de capacitancia de C del condensador 31 se establece de manera que el voltaje rectificado vdc tiene pulsaciones en gran medida a una frecuencia casi dos veces la del voltaje de CA Vin, y el valor máximo del voltaje rectificado vdc no es menor que el doble del valor mínimo, como se describe en el documento 1 que no es de patente. El valor de capacitancia de C se establece en 20 pF, por ejemplo. Este valor de capacitancia es muy pequeño en comparación con el valor de capacitancia (por ejemplo, 900 pF) empleado en los circuitos de suavizado 301 y 302 (mostrados en las Figuras 12 y 13, respectivamente).
La Figura 3 es un diagrama de circuito que ilustra una configuración de un sistema de suministro de energía 1b, un convertidor 2b y un pararrayos 7b, todos de tipo trifásico, que se pueden emplear como el sistema de suministro de energía 1, el convertidor 2 y el pararrayos 7.
Se muestra que el sistema de suministro de energía 1b incluye una fuente de alimentación de CA monofásica 13b y unos inductores parásitos 121, 122 y 123 para las fases respectivas. El pararrayos 7b incluye unos elementos de protección 71, 72 y 73 interpuestos entre las fases respectivas del sistema de suministro de energía 1b. Puede emplearse un varistor como los elementos de protección 71, 72 y 73. El convertidor 2b está compuesto por un puente de diodos rectificadores de onda completa trifásica.
En el caso de realizar una rectificación de onda completa utilizando dicha corriente alterna trifásica como fuente de alimentación, la capacitancia del condensador 31 se establece de manera que el voltaje rectificado vdc tiene pulsaciones a una frecuencia seis veces la del voltaje de CA Vin, y el valor mínimo del voltaje rectificado vdc no es mayor que 31/2/2 veces el valor máximo del voltaje rectificado vdc, como se describe en el documento 2 que no es de patente. El valor de capacitancia C se establece en 20 pF, por ejemplo. Este valor de capacitancia es muy pequeño en comparación con el valor de capacitancia (por ejemplo, 900 pF) empleado en los circuitos de suavizado 301 y 302 (mostrados en las Figuras 12 y 13, respectivamente).
La Figura 4 es un diagrama de circuito que ilustra una configuración de un convertidor 2c que puede usarse en lugar del convertidor 2b. El convertidor 2c incluye un grupo inductor 20 denominado en general un reactor interconectado y un convertidor activo 24.
El grupo inductor 20 tiene inductancias 21, 22 y 23 para las fases respectivas, y las inductancias 21, 22 y 23 están conectadas en serie a las inductancias parásitas 121, 122 y 123, respectivamente.
El convertidor activo 24 tiene tres transistores (transistores laterales de ramal superior), cada uno con un colector conectado a un extremo del condensador 31, y tres transistores (transistores laterales de ramal inferior), cada uno con un emisor conectado al otro extremo del condensador 31. Cada uno de los transistores laterales de ramal superior está emparejado con cada uno de los transistores laterales de ramal inferior en cada fase. El emisor de un transistor lateral de ramal superior y el colector de un transistor lateral de ramal inferior, emparejados entre sí, están conectados en común, y sus nodos de conexión están conectados, respectivamente, al sistema de suministro de energía 1 b en las fases respectivas con las inductancias 21,22 y 23 interpuestas entre los mismos.
La conmutación de encendido/apagado de cada uno de los transistores laterales de ramal superior y los transistores laterales de ramal inferior está controlada por el circuito de control 6.
Cada uno de los transistores laterales de ramal superior y los transistores laterales de ramal inferior está provisto de un diodo de circulación libre que tiene un ánodo conectado al emisor y un cátodo conectado al colector.
El empleo de tal convertidor 2c puede suprimir la aparición de armónicos superiores en comparación con el caso de emplear los convertidores 2a y 2b, que simplemente realizan una rectificación de onda completa.
En vista de las funciones del reactor interconectado, el grupo de inductancias 20 no es absolutamente necesario que esté previsto para el convertidor 2c, sino que puede estar dispuesto en una posición más cercana al sistema de suministro de energía 1b. La Figura 5 es un diagrama de bloques que muestra tal modificación. El grupo de inductancias 20, el pararrayos 7b y el convertidor activo 24 están conectados, en este orden, desde el sistema de suministro de energía 1b, y el circuito intermedio 3a está conectado al sistema de suministro de energía 1b con estos elementos interpuestos entre los mismos.
En el caso de emplear el convertidor activo 24 de esta manera, el hecho de controlar apropiadamente el convertidor como se describe en el documento 3 que no es de patente puede estabilizar el voltaje en ambos extremos del condensador 31, incluso cuando el valor de capacitancia C de dicho condensador 31 se establece pequeño y, además, puede reducir los armónicos más altos de la fuente de alimentación. El valor de capacitancia C se establece en 20 gF, por ejemplo. Este valor de capacitancia es muy pequeño en comparación con el valor de capacitancia (por ejemplo, 900 gF) empleado en los circuitos de suavizado 301 y 302 (mostrados en las Figuras 12 y 13, respectivamente).
En la derivación 33 del circuito intermedio 3a, un diodo Ds, una resistencia Rs y un condensador Cs están conectados en serie, y la dirección de un ánodo a un cátodo del diodo Ds coincide con la dirección de un lado de alto potencial a un lado de bajo potencial del condensador 31. La Figura 1 ilustra el caso en el que el ánodo del diodo Ds está conectado a un extremo del condensador 31 en el lado de alto potencial, el cátodo del diodo Ds está conectado a un extremo de la resistencia Rs, el otro extremo de la resistencia Rs está conectado a un extremo del condensador Cs y el otro extremo del condensador Cs está conectado a un extremo del condensador 31 en el lado de bajo potencial. Puede intercambiarse el orden del diodo Ds, la resistencia Rs y el condensador Cs, que constituyen un circuito en serie.
El inversor 4 suministra las corrientes trifásicas iu, iv e iw al motor 5. Las corrientes iu, iv e iw corresponden a las fases U, V y W, respectivamente. El inversor 4 tiene tres transistores (transistores laterales de ramal superior), cada uno con un colector conectado a un extremo del condensador 31, y tres transistores (transistores laterales de ramal inferior), cada uno con un emisor conectado al otro extremo del condensador 31. Cada uno de los transistores laterales de ramal superior está emparejado con cada uno de los transistores laterales de ramal inferior en cada fase. El emisor de un transistor lateral de ramal superior y el colector de un transistor lateral de ramal inferior, emparejados entre sí, están conectados en común, y las corrientes iu, iv e iw salen de sus nodos de conexión, respectivamente. La conmutación de encendido/apagado de cada uno de los transistores laterales de ramal superior y los transistores laterales de ramal inferior está controlada sobre la base de las señales de conmutación Tu, Tv y Tw desde el circuito de control 6. Las señales de conmutación Tu, Tv y Tw corresponden a las fases U, V y W, respectivamente.
Cada uno de los transistores laterales de ramal superior y los transistores laterales de ramal inferior está provisto de un diodo de circulación libre que tiene un ánodo conectado al emisor y un cátodo conectado al colector.
Se suministra al circuito de control 6 la fase 01 del voltaje de CA Vin, el voltaje rectificado vdc que ocurre en ambos extremos del condensador 31, las corrientes iu, iv , iw y el ángulo de posición de rotación (ángulo mecánico) 0m de un rotor del motor 5. Estas cantidades respectivas pueden detectarse utilizando una técnica bien conocida. Sobre la base de estas cantidades, el circuito de control 6 genera las señales de conmutación Tu, Tv y Tw .
La Figura 6 es un gráfico que muestra una forma de onda 101 del voltaje de CA Vin, una forma de onda 103 del voltaje en ambos extremos del condensador Cs y una forma de onda 104 del voltaje rectificado vdc. No se prevé ningún reactor interconectado, y la simulación se ejecutó en las mismas condiciones que las de la simulación a partir de la que se obtuvo el gráfico mostrado en la Figura 15, excepto que se prevé la derivación 33. En cuanto a las especificaciones de la derivación 33, el valor de resistencia de la resistencia Rs se estableció en 10 Q y el valor de capacitancia del condensador Cs se estableció a 100 gF. Tal derivación 33 puede reducirse en tamaño en comparación con el condensador 31 que tiene un valor de capacitancia de 900 gF, empleado en la simulación a partir de la que se obtuvo el gráfico mostrado en la Figura 16.
A continuación, la forma de onda 103 del voltaje de ambos extremos del condensador Cs y la forma de onda 104 del voltaje rectificado vdc coincidieron con el valor pico (205 x 270 V) del voltaje de CA Vin hasta inmediatamente antes de que ocurriera el sobrevoltaje por rayos, pero no solamente el condensador 31 sino también el condensador Cs se carga a través del diodo Ds cuando ocurre el sobrevoltaje por rayos y el voltaje de CA Vin aumenta abruptamente para llegar a 800 V. La corriente que carga el condensador Cs circula a través de la resistencia Rs. En consecuencia, el aumento del voltaje rectificado vdc, indicado por la forma de onda 104, es más pronunciado que el aumento del voltaje de ambos extremos del condensador Cs, indicado por la forma de onda 103. La corriente de carga íc introducida en el condensador 31 en esta realización se puede hacer menor que la corriente de carga iC introducida en el condensador 31 en el circuito intermedio 3 (figura 14) debido a la corriente de carga que entra en el condensador Cs. Por lo tanto, el voltaje rectificado vdc no llega a 600 V.
Dado que la simulación mostrada en esta ocasión se ejecutó en el caso en el que no se suministra corriente al motor 5, la forma de onda con el voltaje rectificado vdc se muestra que se mantiene en magnitud. Sin embargo, en el caso en el que se suministra corriente al motor 5, el voltaje rectificado vdc cae para volver a un valor de funcionamiento normal.
El voltaje en ambos extremos del condensador Cs mantiene su voltaje después de ponerse de acuerdo con el voltaje rectificado vdc. Esto se debe a que el potencial en el lado del cátodo del diodo Ds, sobre la base del voltaje en ambos extremos del condensador Cs, es mayor que el potencial en el lado del ánodo del diodo Ds, sobre la base del voltaje rectificado vdc.
En vista del funcionamiento descrito anteriormente, el diodo Ds no es absolutamente necesario. Sin embargo, en el control del inversor sin condensador, con un convertidor compuesto solamente por un puente de diodos (véase la Figura 2 o la Figura 3), el voltaje rectificado vdc tiene pulsaciones en gran medida cuando la corriente se introduce en el motor 5. Por lo tanto, el voltaje en ambos extremos del condensador Cs también tiene pulsaciones en gran medida cuando la derivación 33 no está provista del diodo Ds . Esto da como resultado la carga/descarga del condensador Cs en un funcionamiento normal, y hace que se produzcan pérdidas en la resistencia Rs. Por lo tanto, es deseable que el diodo Ds esté previsto para la derivación 33 a fin de reducir el consumo de energía en la resistencia Rs durante el funcionamiento normal. El diodo Ds es una característica de la invención, como se define en la reivindicación 1. Por otro lado, el condensador Cs se carga rápidamente cuando la derivación 33 no está provista de la resistencia Rs, lo que aumenta la cantidad de corriente introducida en la derivación 33. En consecuencia, esto puede suprimir un aumento del voltaje rectificado vdc más eficientemente. La Figura 7 es un gráfico que muestra el funcionamiento en el caso en el que se elimina la resistencia Rs y la derivación 33 está compuesta solamente por el condensador Cs y el diodo Ds . El voltaje en ambos extremos del condensador Cs se indica mediante una forma de onda 107 y el voltaje rectificado vdc se indica mediante una forma de onda 108.
Aunque no se consideran en la simulación, se producen pérdidas internas en el condensador Cs. Por lo tanto, en el caso en el que el diodo Ds está conectado, el voltaje de ambos extremos del condensador Cs, que se elevó después de la aplicación de sobrevoltaje por rayos, cae con una constante de tiempo predeterminada debido a las pérdidas internas en el condensador Cs y, finalmente, coincide con el valor máximo del voltaje rectificado vdc (sin considerar un sobrevoltaje). Cuando se deba reducir esta constante de tiempo, se puede conectar una resistencia de carga o similar a través del condensador Cs.
En esta modificación, el voltaje en ambos extremos del condensador Cs es mayor que en el caso de prever la resistencia Rs. Es deseable proveer a la derivación 33 de la resistencia Rs, que tiene la función de suprimir un aumento anormal en el voltaje de ambos extremos del condensador Cs y, por lo tanto, el voltaje en ambos extremos del condensador 31 debido a un fenómeno de transitorios en el encendido. La resistencia Rs es una característica de la invención, como se define en la reivindicación 1.
Como se describió anteriormente, el condensador 31 aumenta aparentemente su valor de capacitancia cuando se produce un sobrevoltaje por rayos y funciona a un valor de capacitancia C original en un funcionamiento normal. Por consiguiente, el control del inversor sin condensador se puede realizar con el valor de capacitancia C del condensador 31 significativamente reducido, incluso cuando se superpone un sobrevoltaje por rayos. Además, la capacitancia del condensador Cs puede ser menor que la del condensador CC empleado en la configuración convencional mostrada en la Figura 12 o 13 (por ejemplo, 900 pF). Considerando que el condensador Cs hace que se bifurque la corriente de carga en el condensador 31 para suprimir el aumento de voltaje, la capacitancia del condensador Cs puede ser menor que la del condensador CC, aunque no menor que la del condensador 31, y puede reducirse hasta aproximadamente 100 pF, por ejemplo. Por lo tanto, el condensador Cs no funciona significativamente en contra de la reducción de tamaño del circuito intermedio.
Segunda realización
La Figura 8 es un diagrama de circuito que muestra un circuito intermedio 3b empleado en un aparato de accionamiento según una segunda realización de esta invención. El circuito intermedio 3b está configurado con un inductor 32 añadido adicionalmente al circuito intermedio 3a. Específicamente, el inductor 32 está conectado en serie a la conexión en paralelo del condensador 31 y la derivación 33. El hecho de emplear el circuito intermedio 3b como el circuito intermedio 3 que se muestra en la Figura 1 no solamente permite que la derivación 33 ejerza su función, sino que también disminuye el ángulo ascendente de la corriente introducida en la conexión en paralelo del condensador 31 y la derivación 33 por el inductor 32. Esto puede suprimir con mayor rendimiento el aumento del voltaje rectificado vdc cuando ocurre un sobrevoltaje por rayos.
La Figura 9 es un gráfico que muestra la forma de onda 101 del voltaje de CA Vin, una forma de onda 105 del voltaje en ambos extremos del condensador Cs y una forma de onda 106 del voltaje rectificado vdc. Los valores que se han descrito hasta ahora se emplearon como especificaciones en la simulación, excepto en que una inductancia L del inductor 32 se estableció en 300 pF. El valor de inductancia L es muy pequeño en comparación con la inductancia (por ejemplo, 6 mH) empleada en los circuitos de suavizado 301 y 302 (mostrados en las Figuras 12 y 13, respectivamente).
Se entiende que el valor pico del voltaje rectificado vdc cuando ocurre un sobrevoltaje por rayos es menor que en la forma de onda 104 (figura 6) en la primera realización en la que se emplea solamente la derivación 33.
En la presente realización, el control del inversor sin condensador también se puede realizar con el valor de capacitancia C del condensador 31 significativamente reducido. Además, el inductor 32 puede hacerse con un tamaño menor que el inductor LL empleado en los circuitos de suavizado 301 y 302, que no funciona significativamente en contra de la reducción de tamaño del circuito intermedio.
Como el inductor 32, se puede emplear el grupo de inductancias 20 (figuras 4 y 5) que sirve como reactor interconectado. Esto se debe a que los inductores 21, 22 y 23 también están interpuestos en serie al condensador 31, como se ve desde el sistema de suministro de energía 1.
Tercera realización
La Figura 10 es un diagrama de circuito que muestra parte de un circuito de suministro de corriente multifásica según una tercera realización de esta invención. Se omiten el convertidor 2, el inversor 4 y el pararrayos 7, pero están configurados de manera similar a la Figura 1. En esta realización, se emplea un circuito intermedio 3d en lugar del circuito intermedio 3a mostrado en la Figura 1.
El circuito intermedio 3d está configurado con una derivación 34 añadida en paralelo al condensador 31 en el circuito intermedio 3a descrito en la primera realización usando la Figura 1. La derivación 34 tiene una conexión en serie de un transistor Q que sirve como un dispositivo de conmutación y una resistencia Rb .
El circuito de control 6 suministra un voltaje de polarización CNQ a la base del transistor Q en función del voltaje rectificado vdc. Cuando el voltaje rectificado vdc excede un primer valor predeterminado, el transistor Q se enciende, y cuando el voltaje rectificado vdc cae por debajo de un segundo valor predeterminado (menor que el primer valor predeterminado), el transistor Q se apaga.
Dado que la resistencia RB está conectada en paralelo al condensador 31 cuando el voltaje rectificado vdc aumenta para exceder el primer valor predeterminado de esta manera, se puede reducir la velocidad de carga del condensador 31 y se puede suprimir un aumento en el voltaje rectificado vdc. Cuando el voltaje rectificado vdc cae por debajo del segundo valor predeterminado, se cancela la conexión en paralelo al condensador 31, lo que no interfiere con el funcionamiento del inversor sin condensador durante su funcionamiento normal.
Por supuesto, la derivación 34 se puede conectar adicionalmente en paralelo al condensador 31 y la derivación 33 en el circuito intermedio 3b mostrado en la Figura 8, como modificación de la segunda realización, o alternativamente, se puede prever en lugar de la derivación 33 en el circuito intermedio 3b, y dicha derivación 33 puede omitirse en dicho circuito intermedio 3d.
Se requiere que el transistor Q realice un funcionamiento a alta velocidad para hacer que la derivación 34 funcione eficientemente contra un sobrevoltaje por rayos que varía a altas velocidades. En consecuencia, también deben preverse un circuito de excitación y un circuito de detección de sobrevoltaje por rayos. Es necesario asegurar una fuente de alimentación para activar tal circuito de excitación y un circuito detector de sobrevoltaje por rayos, incluso cuando el inversor 4 está en espera. Por lo tanto, el empleo de la derivación 33 es más ventajoso en términos de configuración complicada.
Las realizaciones anteriores se han descrito considerando, como ejemplo, 270 V dentro de aproximadamente variaciones de 10% de una fuente de alimentación de 240 V con respecto a un sistema de 200 V (que varía de un país a otro dentro del intervalo de 200 a 240 V) y considerando, como ejemplo, 600 V para un voltaje de ruptura del dispositivo utilizado en el circuito, y se han descrito los efectos de la invención. Por otro lado, se puede considerar como ejemplo un voltaje de ruptura del dispositivo de 1.200 V en un sistema de 400 V (que varía de un país a otro dentro del intervalo de 380 a 460 V) que se emplea actualmente en la fuente de alimentación trifásica. En este caso, los problemas causados debido al aumento de voltaje inducido por el sobrevoltaje por rayos también pueden resolverse mediante los circuitos descritos en la presente invención.
Aplicación
El aparato de accionamiento provisto del circuito de suministro de corriente multifásica según la presente invención y del motor 5 al que se suministran las corrientes multifásicas iu, iv , iw es capaz de accionar un compresor, por ejemplo. Dicho compresor está previsto para un acondicionador de aire, por ejemplo. El acondicionador de aire emplea un refrigerante para enfriar o calentar, y el compresor comprime el refrigerante.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Un circuito de suministro de corriente multifásica, que comprende:
un supresor de valores pico (7) conectado a una fuente de alimentación de CA (13) que proporciona a la salida un voltaje de CA (Vin), suprimiendo el supresor de valores pico un sobrevoltaje superpuesto a dicho voltaje de CA; un convertidor (2) que recibe dicho voltaje de CA de dicha fuente de alimentación de CA a través de dicho supresor de valores pico y que rectifica dicho voltaje de CA;
un condensador (31) que recibe una salida de dicho convertidor (2); y
un inversor (4) que recibe un voltaje en ambos extremos (Vdc) de dicho condensador y que proporciona a la salida corrientes de CA multifásicas (iu, iv, iw);
caracterizado por
una primera derivación (33) conectada en paralelo a dicho condensador, incluyendo dicha primera derivación una conexión en serie de un elemento resistivo (Rs) y un elemento capacitivo (Cs); en el que
dicha primera derivación (33) incluye además un diodo (Ds) conectado en serie a dicho elemento resistivo (Rs) y dicho elemento capacitivo (Cs), y
una dirección de un ánodo a un cátodo de dicho diodo (Ds) coincide con una dirección de un lado de alto potencial a un lado de bajo potencial de dicho condensador (31).
2. El circuito de suministro de corriente multifásica según la reivindicación 1, que comprende además un inductor (21, 22, 23; 32) conectado en serie a la conexión en paralelo de dicho condensador (31) y dicha primera derivación (33; 34).
3. El circuito de suministro de corriente multifásica según la reivindicación 1 o 2, en el que
dicha fuente de alimentación de CA (13) es una fuente de alimentación de CA monofásica,
dicho convertidor (2) es un puente de diodos rectificadores de onda completa monofásico (2a), y
el valor máximo de dicho voltaje en ambos extremos no es menor que el doble del valor mínimo de dicho voltaje en ambos extremos.
4. El circuito de suministro de corriente multifásica según la reivindicación 1 o 2, en el que
dicha fuente de alimentación de CA (13) es una fuente de alimentación de CA trifásica,
dicho convertidor (2) es un puente de diodos rectificadores de onda completa trifásica (2b), y
el valor mínimo de dicho voltaje en ambos extremos no es mayor que 31/2/2 veces el valor máximo de dicho voltaje en ambos extremos.
5. El circuito de suministro de corriente multifásica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha fuente de alimentación de CA (13) es una fuente de alimentación de CA trifásica, y
dicho convertidor (2) incluye un convertidor activo trifásico (24).
6. El circuito de suministro de corriente multifásica según la reivindicación 5, que comprende además un reactor interconectado (20) interpuesto entre dicha fuente de alimentación de CA (13) y dicho convertidor activo (24).
7. Un aparato de accionamiento, que comprende:
el circuito de suministro de corriente multifásica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6; y
un motor (5) al que se suministran dichas corrientes de CA multifásicas (iu, iv, iw).
8. Un compresor, que comprende el aparato de accionamiento según la reivindicación 7,
dicho compresor es accionado por dicho aparato de accionamiento.
9. Un acondicionador de aire, que comprende el compresor según la reivindicación 8,
dicho acondicionador de aire enfría o calienta aire usando un refrigerante comprimido por dicho compresor.
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