ES2880386T3 - Convertidores reductores-elevadores bidireccionales equilibrados y sistemas y procedimientos asociados - Google Patents
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Abstract
Un convertidor reductor-elevador bidireccional (101), que comprende: un primer inversor (103), comprendiendo el primer inversor un primer terminal de CC positivo del inversor (201), un primer terminal de CC negativo del inversor (203), un primer terminal de CA de fase uno del inversor (215A), un primer terminal de CA de fase dos del inversor (215B) y un primer terminal de CA de fase tres del inversor (215C); un segundo inversor (105), comprendiendo el segundo inversor un segundo terminal de CC positivo del inversor (301), un segundo terminal de CC negativo del inversor (303), un segundo terminal de CA de fase uno del inversor (315A), un segundo terminal de CA de fase dos del inversor (315B) y un segundo terminal de CA de fase tres del inversor (315C); un inductor de fase uno (401) enrollado en un núcleo del inductor de fase uno, estando configurado el inductor de fase uno para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase uno del inversor (215A) con el segundo terminal de CA de fase uno del inversor (315A); un inductor de fase dos (403) enrollado en un núcleo del inductor de fase dos, estando configurado el inductor de fase dos para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase dos del inversor (215B) con el segundo terminal de CA de fase dos del inversor (315B); un inductor de fase tres (405) enrollado en un núcleo del inductor de fase tres, estando configurado el inductor de fase tres para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase tres del inversor (215C) con el segundo terminal de CA de fase tres del inversor (315C); caracterizado por un condensador de CC del lado positivo (501) configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC positivo del primer inversor al terminal de CC positivo del segundo inversor; y un condensador de CC del lado negativo (503) configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC negativo del primer inversor al terminal de CC negativo del segundo inversor; en el que cada uno del núcleo del inductor de fase uno, el núcleo del inductor de fase dos y el núcleo del inductor de fase tres son núcleos independientes.
Description
DESCRIPCIÓN
Convertidores reductores-elevadores bidireccionales equilibrados y sistemas y procedimientos asociados
Antecedentes de la invención
Campo de la invención
Varias realizaciones de la presente invención se refieren a un convertidor reductor-elevador bidireccional equilibrado de entrada y salida y al sistema y procedimiento asociados.
Como se describe en la presente memoria, un convertidor de potencia reductor-elevador bidireccional CC/CC tiene tensiones de entrada y salida centradas alrededor del bastidor. Este convertidor permite el solapamiento de tensiones de entrada y salida, y permite el uso de detección de fallas de fuga basada en compensación (ver, por ejemplo, patente de Estados Unidos núm. 6,678,132).
En un ejemplo, el convertidor (y el sistema y procedimiento asociados) puede usarse para interconectar cualquier fuente de energía de CC deseada con cualquier sistema de almacenamiento de energía deseado.
Descripción de la técnica relacionada
Se conocen varios convertidores reductores-elevadores convencionales. Algunos de estos convertidores reductoreselevadores convencionales son convertidores reductores-elevadores bidireccionales.
El documento US2014/117963A1 divulga un aparato y un procedimiento para controlar un convertidor CC-CC utilizado en un vehículo. El aparato incluye una unidad de control de conmutación que verifica una diferencia entre las tensiones de una unidad de entrada y una unidad de salida y que controla un funcionamiento de al menos un conmutador formado en un convertidor de acuerdo con un modo de funcionamiento del convertidor de acuerdo con la diferencia de tensiones; y el convertidor controla el funcionamiento del al menos un conmutador en base a una señal de control aplicada desde la unidad de control de conmutación para permitir que fluya una corriente desde la unidad de entrada a la unidad de salida. El documento US2009/316453A1 divulga un dispositivo de control del convertidor que incluye un dispositivo convertidor formado por tres circuitos convertidores conectados entre sí en paralelo entre una batería secundaria como primera fuente de energía y una celda de combustible como segunda fuente de energía. Se divulga una unidad de control que incluye: un módulo de control PID para controlar el dispositivo convertidor mediante control PID y ejecutar una conversión de tensión deseada; un módulo de cambio de cantidad de fase de excitación para cambiar el número de fases de excitación del dispositivo convertidor de acuerdo con la potencia de paso del dispositivo convertidor; y un módulo de conmutación de función de corrección de término de integración que conmuta la función de corrección de término de integración de control PID cuando se cambia el número de fases de excitación.
Sumario de la invención
En una realización, dos inversores trifásicos tienen sus fases de CA interconectadas a través de inductores de línea y sus enlaces de CC interconectados a través de los condensadores. En esta realización, el inversor de entrada que recibe energía de CC genera una fuente EMF eficaz óptima que regula su tensión de salida para minimizar las corrientes de línea maximizando el factor de potencia. Además, en esta realización, el inversor de salida que emite energía de CC regula la corriente en el enlace de CA utilizando un observador de EMF posterior, un bucle de enganche de fase, un controlador de corriente orientado al campo y un regulador de tensión de enlace de CC. Los condensadores entre los enlaces de CC proporcionan control de modo común pasivo, que dirige las tensiones de modo común excitadas por el inversor a través de los inductores de línea y que controla la trayectoria de retorno para las corrientes de modo común.
En otra realización, se proporciona un convertidor reductor-elevador bidireccional, que comprende: un primer inversor, el primer inversor que comprende un primer terminal de CC positivo del inversor, un primer terminal de CC negativo del inversor, un primer terminal de CA de fase uno del inversor, un primer terminal de CA de fase dos del inversor y un primer terminal de CA de fase tres del inversor; un segundo inversor, el segundo inversor que comprende un segundo terminal de CC positivo del inversor, un segundo terminal de CC negativo del inversor, un segundo terminal de CA de fase uno del inversor, un segundo terminal de CA de fase dos del inversor y un segundo terminal de CA de fase tres del inversor; un inductor de fase uno enrollado en un núcleo del inductor de fase uno, el inductor de fase uno se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase uno del inversor con el segundo terminal de CA de fase uno del inversor; un inductor de fase dos enrollado en un núcleo del inductor de fase dos, el inductor de fase dos se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase dos del inversor con el segundo terminal de CA de fase dos del inversor; un inductor de fase tres enrollado en un núcleo del inductor de fase tres, el inductor de fase tres se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase tres del inversor con el segundo terminal de CA de fase tres del inversor; un condensador de CC del lado positivo configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC positivo del primer inversor al terminal de CC
positivo del segundo inversor; y un condensador de CC del lado negativo configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC negativo del primer inversor al terminal de CC negativo del segundo inversor, en el que cada uno del núcleo del inductor de fase uno, el núcleo del inductor de fase dos y el núcleo del inductor de fase tres son núcleos independientes.
En otra realización, se proporciona un sistema de energía configurado para su uso en un vehículo, el sistema de energía que comprende: una fuente de corriente; un sumidero de corriente; un controlador y un convertidor reductorelevador bidireccional, el convertidor reductor-elevador bidireccional que comprende: un primer inversor, el primer inversor que comprende un primer terminal de CC positivo del inversor, un primer terminal de CC negativo del inversor, un primer terminal de CA de fase uno del inversor, un primer terminal de CA de fase dos del inversor y un primer terminal de CA de fase tres del inversor; un segundo inversor, el segundo inversor que comprende un segundo terminal de CC positivo del inversor, un segundo terminal de CC negativo del inversor, un segundo terminal de CA de fase uno del inversor, un segundo terminal de CA de fase dos del inversor y un segundo terminal de CA de fase tres del inversor; un inductor de fase uno enrollado en un núcleo del inductor de fase uno, el inductor de fase uno se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase uno del inversor con el segundo terminal de CA de fase uno del inversor; un inductor de fase dos enrollado en un núcleo del inductor de fase dos, el inductor de fase dos se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase dos del inversor con el segundo terminal de CA de fase dos del inversor; un inductor de fase tres enrollado en un núcleo del inductor de fase tres, el inductor de fase tres se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase tres del inversor con el segundo terminal de CA de fase tres del inversor; un condensador de CC del lado positivo configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC positivo del primer inversor al terminal de CC positivo del segundo inversor; y un condensador de CC del lado negativo configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC negativo del primer inversor al terminal de CC negativo del segundo inversor; en el que cada núcleo del inductor de fase uno, el núcleo del inductor de fase dos y el núcleo del inductor de fase tres son núcleos independientes; y en el que el controlador se configura para operar en uno de: (a) un primer modo en el que la fuente de corriente se conecta al primer terminal de CC positivo del inversor y el primer terminal de CC negativo del inversor y el sumidero de corriente se conecta al segundo terminal de CC positivo del inversor y al segundo terminal de CC negativo del inversor; y (b) un segundo modo en el que el sumidero de corriente se conecta al primer terminal de CC positivo del inversor y al primer terminal de CC negativo del inversor y la fuente de corriente se conecta al segundo terminal de CC positivo del inversor y al segundo terminal de CC negativo del inversor; en el que en el primer modo, el controlador se configura para hacer que: (a) el primer inversor genere tensión trifásica a una frecuencia fija; y (b) el segundo inversor genere corriente trifásica a la frecuencia fija; y en el que, en el segundo modo, el controlador se configura para hacer que: (a) el segundo inversor genere tensión trifásica a una frecuencia fija; y (b) el primer inversor genere corriente trifásica a la frecuencia fija.
En otra realización, se proporciona un procedimiento para proporcionar un convertidor reductor-elevador bidireccional, el procedimiento que comprende: proporcionar un primer inversor, el primer inversor que comprende un primer terminal de CC positivo del inversor, un primer terminal de CC negativo del inversor, un primer terminal de CA de fase uno del inversor, un primer terminal de CA de fase dos del inversor y un primer terminal de CA de fase tres del inversor; proporcionar un segundo inversor, el segundo inversor que comprende un segundo terminal de CC positivo del inversor, un segundo terminal de CC negativo del inversor, un segundo terminal de CA de fase uno del inversor, un segundo terminal de CA de fase dos del inversor y un segundo terminal de CA de fase tres del inversor; proporcionar un inductor de fase uno enrollado en un núcleo del inductor de fase uno, el inductor de fase uno que conecta eléctricamente el primer terminal de CA de fase uno del inversor con el segundo terminal de CA de fase uno del inversor; proporcionar un inductor de fase dos enrollado en un núcleo del inductor de fase dos, el inductor de fase dos que conecta eléctricamente el primer terminal de CA de fase dos del inversor con el segundo terminal de CA de fase dos del inversor; proporcionar un inductor de fase tres enrollado en un núcleo del inductor de fase tres, el inductor de fase tres que conecta eléctricamente el primer terminal de CA de fase tres del inversor con el segundo terminal de CA de fase tres del inversor; proporcionar un condensador de CC del lado positivo que conecta eléctricamente el terminal de CC positivo del primer inversor al terminal de CC positivo del segundo inversor; y proporcionar un condensador de CC del lado negativo que conecta eléctricamente el terminal de CC negativo del primer inversor al terminal de CC negativo del segundo inversor, en el que cada núcleo del inductor de fase uno, el núcleo del inductor de fase dos y el núcleo del inductor de fase tres son núcleos independientes.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos se proporcionan únicamente con fines ilustrativos y no representan necesariamente ejemplos prácticos de la presente invención a escala. En las figuras, se usan los mismos signos de referencia para indicar partes iguales o similares.
La Figura 1 es un diagrama de bloques de alto nivel de un convertidor reductor-elevador equilibrado de entrada y salida de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 2 es un diagrama que muestra detalles de los inversores de la Figura 1 de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 3 es un diagrama (que muestra la V/Hz corregida del factor de potencia) de un ejemplo de control del convertidor (entrada) de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 4 es un diagrama (que muestra un controlador orientado al campo con regulación de enlace de CC) de un ejemplo de control del convertidor (salida) de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 5 es una muestra de una forma de onda típica de corriente de fase de control del convertidor de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 6 es una muestra de forma de onda de fuente de modo común del inversor de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 7 es un circuito equivalente de modo común inversor-inversor de muestra (que muestra el circuito equivalente si no se utilizan los condensadores 501 y 503 de la Figura 2).
La Figura 8 es un circuito equivalente de modo común inversor-inversor de muestra (que muestra un circuito equivalente de modo común si se utilizan los condensadores 501 y 503 de la Figura 2).
La Figura 9 es una muestra de formas de onda de modo común de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 10A es un gráfico de controlabilidad de la planta de muestra (que muestra un diagrama de Bode, desde: Vcmd, hasta: transferencia Fcal (de la Figura 10B)) de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 10B es un diagrama de función de transferencia de muestra asociado con el gráfico de la Figura 10A de acuerdo con una realización de la invención preventiva.
La Figura 11A es un gráfico de controlabilidad en bucle abierto de muestra (que muestra un diagrama de Bode, desde: Vcmd1, hasta: transferencia Fcn4 (de la Figura 11B)) de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 11B es un diagrama de función de transferencia de muestra asociado con el gráfico de la Figura 11A de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 12A es un gráfico de pérdida de dispositivo de muestra de acuerdo con una realización de la presente invención.
La Figura 12B es un gráfico de densidad de pérdida del dispositivo de muestra de acuerdo con una realización de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
A los efectos de describir y reivindicar la presente invención, el término "convertidor" pretende hacer referencia a un mecanismo (por ejemplo, circuito y/o dispositivo) para cambiar una corriente continua (CC) de entrada que tiene un valor de tensión de entrada y un valor de corriente de entrada a una corriente continua (CC) de salida que tiene un valor de tensión de salida y un valor de corriente de salida (en el que el valor de tensión de salida difiere del valor de tensión de entrada y/o el valor de corriente de salida difiere del valor de corriente de entrada).
A los efectos de describir y reivindicar la presente invención, el término "inversor" pretende hacer referencia a un mecanismo (por ejemplo, circuito y/o dispositivo) para: (a) cambiar la corriente continua (CC) en corriente alterna (CA); y/o (b) cambiar la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC).
A los efectos de describir y reivindicar la presente invención, el término "fuente de corriente" pretende hacer referencia no solo a una fuente de corriente ideal de libro de texto con cumplimiento de tensión infinito, sino en algunas circunstancias a otros mecanismos capaces de suministrar corriente, tales como una fuente de tensión ideal capaz de suministrar corriente, con o sin impedancia en serie, o una o más fuentes de energía de CC conectadas en paralelo, que pueden suministrar energía a los terminales del convertidor.
A los efectos de describir y reivindicar la presente invención, el término "sumidero de corriente" pretende hacer referencia no solo a un sumidero de corriente ideal de libro de texto con cumplimiento de tensión infinito, sino, en algunas circunstancias, a otros mecanismos capaces de consumir corriente, que pueden incluir uno o más cargas electrónicas resistivas o activas conectadas en paralelo, o una tensión con o sin impedancia en serie.
Con referencia ahora a la Figura 1, se muestra un convertidor reductor-elevador equilibrado de entrada y salida 101 de acuerdo con una realización de la presente invención. Como se ve en esta Figura 1 (que es un diagrama de
bloques de alto nivel), el convertidor 101 incluye los inversores 103 y 105 y el controlador 107. El controlador 107 está en comunicación operativa con los inversores 103, 105 para controlar los inversores 103, 105 como se describe en la presente memoria. El inversor 103 recibe energía desde o proporciona energía a la fuente de energía/sumidero de energía 104. De manera similar, el inversor 105 recibe energía desde o proporciona energía a la fuente de energía/sumidero de energía 106. Cabe destacar que el convertidor 101 es un convertidor bidireccional. Por lo tanto, cuando la fuente de energía/sumidero de energía 104 actúa como una fuente de energía (es decir, suministra energía al inversor 103), el inversor 105 suministrará energía a la fuente de energía/sumidero de energía 106 (que, en este caso, actuará como un sumidero de energía que recibe energía del inversor 105). Por el contrario, cuando la fuente de energía/sumidero de energía 106 actúa como una fuente de energía (es decir, suministra energía al inversor 105), el inversor 103 suministrará energía a la fuente de energía/sumidero de energía 104 (que, en este caso, actuará como un sumidero de energía que recibe energía del inversor 103). En un ejemplo, cada uno de los inversores 103 y 105 puede utilizar una estructura de hardware similar a la de un inversor convencional.
Con referencia ahora a la Figura 2, se muestran detalles de los inversores 103 y 105 de acuerdo con esta realización. Como se ve en esta Figura 2, el inversor 103 comprende el terminal de CC positivo 201, el terminal de CC negativo 203, resistencias 205A, 205B, condensadores 207A-207C, conmutadores 209A-209F (por ejemplo, que comprenden dispositivos de estado sólido), sensores de tensión 211A-211D y sensores de corriente 213A, 213B. De manera similar, el inversor 105 comprende el terminal de CC positivo 301, el terminal de CC negativo 303, las resistencias 305A, 305B, los condensadores 307A-307C, los conmutadores 309A-309F (por ejemplo, que comprenden dispositivos de estado sólido), los sensores de tensión 311A-311D y los sensores de corriente 313a , 313B.
Además, el inversor 103 comprende el terminal de CA de fase uno 215A, el terminal de CA de fase dos 215B y el terminal de CA de fase tres 215C. Además, el inversor 105 comprende el terminal de CA de fase uno 315A, el terminal de CA de fase dos 315B y el terminal de CA de fase tres 315C. El inductor 401 conecta eléctricamente el terminal de CA de fase uno 215A con el terminal de CA de fase uno 315A. Además, el inductor 403 conecta eléctricamente el terminal de CA de fase dos 215B con el terminal de CA de fase dos 315B. Además aún, el inductor 405 conecta eléctricamente el terminal de CA de fase tres 215C con el terminal de CA de fase tres 315C.
En esta realización, cada uno de los inductores 401, 403, 405 está enrollado por separado en un núcleo independiente (no se muestra). Esta configuración de enrollar por separado en un núcleo independiente cada uno de los inductores 401, 403, 405 da como resultado que el inductor 401, 403, 405 proporcione inductancia de modo común y modo diferencial.
Todavía con referencia a las Figuras 1 y 2, el convertidor 101 incluye el condensador 501 configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC positivo 201 con el terminal 301 de CC positivo. Además, el convertidor 101 incluye el condensador 503 configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC negativo 203 con el terminal 303 de CC negativo.
En esta realización, el uso del condensador 501 entre el terminal de CC positivo 201 y el terminal de CC positivo 301 junto con el uso del condensador 503 entre el terminal de CC negativo 203 y el terminal de CC negativo 303 proporciona una trayectoria de retorno de corriente de modo común que retorna corriente ruidosa de alta frecuencia (en lugar de a través del bastidor).
Con referencia ahora a la Figura 3 (que muestra la V/Hz corregida del factor de potencia), se muestra un ejemplo de control del convertidor (entrada). Este diagrama de bloques de la Figura 3 muestra una funcionalidad del tipo que puede implementarse en el controlador 107.
Como se ve en esta Figura 3, una entrada al mecanismo de control es Iab. Cuando el inversor 103 recibe energía de CC (y el inversor 105 emite energía de CC), este Iab puede detectarse por los sensores de corriente 213A y 213B. Por el contrario, cuando el inversor 105 recibe energía de CC (y el inversor 103 emite energía de CC), este Iaf, puede detectarse por los sensores de corriente 313A y 313B.
Otra entrada al mecanismo de control es la frecuencia u>. Como se ve, esta u> se introduce en el bloque 381 de 1/s y la salida del mismo se proporciona tanto al bloque de transformación de coordenadas 383 como al bloque de ciclo de trabajo/transformación de coordenadas/compensación de tiempo muerto 385.
Otra entrada al mecanismo de control es el bloque Vdc / Sqrt(3) 387. Como se ve, la salida de este bloque Vdc / Sqrt(3) 387 se proporciona a la entrada de límite superior (UL) del integrador proporcional del limitador variable (VLPI) 389 (la salida de este bloque 387 también se combina en el bloque 391 como se describe a continuación). Todavía con referencia a la Figura 3, se ve que Iab es una entrada al bloque de transformación de coordenadas 383. El bloque de transformación de coordenadas 383 emite Iq Fb (retroalimentación) y emite Id Fb (retroalimentación). IqFb se alimenta al bloque de reactancia 393 y la salida del bloque de reactancia 393 se combina con Id Fb y se proporciona a la entrada de error de VLPI 389.
Además, Id Fb se proporciona al bloque 395 (s/w) /(s/w 1). La salida del bloque 395 se combina en el bloque 391 con la salida del bloque 387. La salida del bloque 391 se proporciona entonces a la entrada FF del VLPI 389.
Además, se proporciona un valor de 0 a la entrada de límite inferior (LL) del VLPI 389.
Finalmente, se proporciona un vector espacial 397 como una salida del bloque 385. Este vector espacial 397 (que puede tener la forma de un protocolo de conmutación estándar de la industria) puede controlar los intervalos de conmutación de varios conmutadores mediante, por ejemplo, modulación de ancho de pulso (PWM). En un ejemplo específico, cuando el inversor 103 recibe energía de CC (y el inversor 105 emite energía de CC), este vector espacial 397 puede controlar la conmutación de los conmutadores 209A-209F del inversor 103 de la Figura 2. En otro ejemplo específico, cuando el inversor 105 recibe energía de CC (y el inversor 103 emite energía de CC), este vector espacial 397 puede controlar la conmutación de los conmutadores 309A-309F del inversor 105 de la Figura 2. Con referencia aún a la Figura 3, se observa que en este ejemplo el mecanismo de control puede configurarse para generar tensión trifásica a una frecuencia fija (por ejemplo, 60 Hz). Además, el mecanismo de control puede funcionar para hacer que el inversor 103 (cuando reciba energía de CC) o el inversor 105 (cuando reciba energía de CC) emita potencia como si fuera una máquina giratoria. Además, se observa que, al elevar la potencia, una V/Hz con una tensión de fase máxima posible minimiza las corrientes de fase. Además, se observa que al retroceder, se debe seleccionar la tensión V/Hz para proporcionar un factor de potencia unitario. Finalmente, se observa que la trayectoria de alimentación directa compensa rápidamente el aumento del solapamiento de tensión.
Todavía con referencia a la Figura 3, w es la frecuencia ordenada del enlace de CA; en este ejemplo, w es una constante y debe seleccionarse para minimizar las pérdidas en el magnetismo, pero aun así mantener una caída reactiva suficiente para que el debilitamiento del campo y los bucles v/hz correctos del factor de potencia tengan suficiente autoridad de control.
Todavía con referencia a la Figura 3, Vdc es el valor medido de la tensión del enlace de CC del inversor.
Con referencia ahora a la Figura 4 (que muestra un controlador orientado al campo con regulación de enlace de CC), se muestra un ejemplo de control del convertidor (salida). Este diagrama de bloques de la Figura 4 muestra una funcionalidad del tipo que puede implementarse en el controlador 107.
Como se ve en esta Figura 4, dos entradas al mecanismo de control son Vdc Ref (tensión de salida deseada) y Vdk Fb (retroalimentación). Otras entradas al mecanismo de control provienen de la detección de debilitamiento de campo en el bloque 481 y del observador de contra-EMF (BEMF) en el bloque 483 (en un ejemplo, el observador BEMF (fuerza contraelectromotriz) puede recrear tensión de CA en base a tensión conocida, corriente conocida e inductancia conocida (por ejemplo, inductores 401, 403 y 405)).
Otra entrada al mecanismo de control es lab. Cuando el inversor 105 emite energía de CC (y el inversor 103 recibe energía de CC), este Isb puede detectarse por los sensores de corriente 313A y 313B. Por el contrario, cuando el inversor 105 recibe energía de CC (y el inversor 103 emite energía de CC), este Isb puede detectarse por los sensores de corriente 213A y 213B.
Además, como se ve, Vdc Ref y Vdc Fb se combinan en el bloque 485 y la salida del bloque 485 se envía al VPLI 487. Además, la salida del bloque 487 se envía al bloque de comando actual 489. La salida del bloque 489, es decir, Iq Ref (junto con Id Ref del bloque 481) se envía al VpLI 491.
Además, como se ve, la EMF del bloque 483 se envía al bloque 493 de bucle de enganche de fase. Desde el bloque 493 se envía una EMF de magnitud al bloque 489. Además, desde el bloque 493, se envía un Theta EMF al bloque de transformación de coordenadas 495 y al bloque de ciclo de trabajo/transformación de coordenadas/compensación de tiempo muerto 497.
Además, como se ve, Isb es la entrada al bloque 495 (junto con Theta EMF) y Idq Fb sale del bloque 495 y se envía al VLPI 491. Además, se envía una salida de VLPI 491 (junto con Theta EMF) al bloque 497.
Finalmente, se proporciona un vector espacial 499 como una salida del bloque 497. Este vector espacial 499 (que puede tener la forma de un protocolo de conmutación estándar de la industria) puede controlar los intervalos de conmutación de varios conmutadores mediante, por ejemplo, modulación de ancho de pulso (PWM). En un ejemplo específico, cuando el inversor 103 recibe energía de CC (y el inversor 105 emite energía de CC), este vector espacial 419 puede controlar la conmutación de los conmutadores 309A-309F del inversor 105 de la Figura 2. En otro ejemplo específico, cuando el inversor 105 recibe energía de CC (y el inversor 103 emite energía de CC), este vector espacial 419 puede controlar la conmutación de los conmutadores 209A-209F del inversor 103 de la Figura 2. Todavía con referencia a la Figura 4, se observa que en este ejemplo el mecanismo de control puede configurarse para tratar la tensión generada en el/los inductor(es) de fase (ver, por ejemplo, los inductores 401, 403 y 405 de la Figura 2) como una frecuencia fija. En un ejemplo específico, el mecanismo de control puede configurarse para
proporcionar, en efecto, el control de la máquina de enrutamiento. En otro ejemplo específico, el mecanismo de control puede configurarse para proporcionar, en efecto, la regulación de la corriente. Además, en otro ejemplo específico, el controlador orientado al campo puede utilizar un control sin sensor estándar SMPM (Imán permanente de montaje superficial). Además, en otro ejemplo específico, el bucle de tensión puede proporcionar una salida de CC regulada. Además, en otro ejemplo específico, el debilitamiento del campo permite el solapamiento de tensiones de CC de entrada y salida.
Todavía con referencia a la Figura 4, el observador BEMF es un observador de fuerza retroelectromotriz. El propósito del observador BEMF es observar la tensión de fase ordenada, las corrientes de fase medidas y las inductancias conocidas para reconstruir la fuente de tensión de CA (BEMF).
Todavía con referencia a la Figura 4, Vdc Ref es el comando en el convertidor para el valor de la tensión de salida y Vdc fb es la tensión de salida medida.
Todavía con referencia a la Figura 4, VLPI 487 y 491 son las mismas estructuras de control (reguladores integradores proporcionales de limitador variable), la única diferencia son las ganancias.
Con referencia ahora de nuevo a las Figuras 3 y 4, en un ejemplo, los bloques 383 y 495 proporcionan transformaciones de coordenadas de las medidas de corriente CA para permitir que la ley de control opere en un marco de referencia que gira a la frecuencia eléctrica del enlace de CA. Un beneficio de esto es que la frecuencia fundamental de CA se desacopla y la acción de control se realiza en cantidades de CC.
Con referencia ahora de nuevo a las Figuras 3 y 4, en un ejemplo, los bloques 385 y 497 proporcionan principalmente una contrarrotación de la tensión de fase ordenada. Cada bloque transforma el marco de referencia de nuevo en un marco estacionario, convirtiendo de hecho las cantidades de CC reguladas en tensión de fase de CA que se debe ordenar al convertidor. Luego, cada bloque escala estas tensiones en ciclos de trabajo del conmutador y compensa las no linealidades causadas por el tiempo muerto y la caída del inversor.
Con referencia ahora de nuevo a la Figura 4, en un ejemplo, el bloque 481 "debilitamiento de campo" calcula una corriente reactiva requerida para reducir la magnitud de la tensión de la fuente del enlace de CA efectiva vista por el regulador de corriente de modo que se pueda mantener un control estable cuando la magnitud de la tensión de la fuente del enlace de CA se aproxima a la capacidad proporcionada por el enlace de CC del regulador de corriente. Con referencia ahora a la Figura 5, se muestra una muestra de una forma de onda típica de corriente de fase de control del convertidor 570 de acuerdo con una realización de la presente invención. Como se ve en esta Figura 5, las corrientes de fase 581, 583 y 585 (es decir, correspondientes a las fases 1 a 3) son sinusoidales y equilibradas. Con referencia ahora a la Figura 6, se muestra una forma de onda de fuente de modo común del inversor de muestra 600 de acuerdo con una realización de la presente invención (el eje x es modulación de ancho de pulso a lo largo del tiempo y el eje y es la tensión). Como se ve en esta Figura 6, el inversor genera tensiones de modo común significativas a una tasa PWM. Por lo tanto, el diseño del convertidor debe tener en cuenta dónde caen estas tensiones y cómo fluye la corriente resultante.
Con referencia ahora a la Figura 7, se muestra un circuito equivalente de modo común inversor-inversor de muestra 700 (que muestra el circuito equivalente si no se utilizan los condensadores 501 y 503 de la Figura 2). Como se ve, si los inversores simplemente se unen a través de los inductores: (a) Retorno de corriente de modo común a través del bastidor; y (b) Los valores pequeños de Ccm (capacitancia de modo común) fuerzan grandes tensiones en el bastidor. Cabe destacar que en esta Figura 7, 2*Ccm1 corresponde a los condensadores 207A y 207B de las Figura 2 y 2*Ccm2 corresponde a los condensadores 307A y 307B de la Figura 2.
Con referencia ahora a la Figura 8, se muestra un circuito equivalente de modo común inversor-inversor de muestra 800 (que muestra un circuito equivalente de modo común si se utilizan los condensadores 501 y 503 de la Figura 2). Como se ve, los condensadores 501 y 503 (mostrados en esta Figura 8 como 2*CCM) reducen o eliminan los problemas descritos con respecto a la Figura 7. Es decir: (a) Las corrientes de modo común se dirigen de regreso a su fuente a través de cables dedicados; y (b) Las caídas de tensión de modo común a través de la inductancia de línea eliminan cualquier tensión de modo común significativa que aparece en los enlaces de CC.
Con referencia ahora a la Figura 9, se muestra una muestra de formas de onda de modo común 900 de acuerdo con una realización de la presente invención. Más particularmente, en esta Figura 9, se muestran la corriente de modo común 901, la corriente de fase 903, la corriente de fase 905 y la tensión de modo común 907.
Ahora se hará referencia a una selección de condensador de modo común de ejemplo de acuerdo con una realización de la presente invención. Como se ve en la ecuación 1 (atenuación de modo común) y la ecuación 2 (controlabilidad de la corriente de fase) que se muestran a continuación: cuanto mayor sea el valor de Ccm (ver, por ejemplo, los condensadores 501 y 503 de la Figura 2), menor será la tensión de modo común en los enlaces de CC;
además, a medida que aumenta Ccm, la controlabilidad del convertidor disminuye a medida que comienzan a fluir corrientes neutrales no controladas.
Con referencia ahora a la Figura 10A, se muestra una gráfica de controlabilidad de planta de muestra 1000 de acuerdo con una realización de la presente invención (la gráfica superior tiene frecuencia en el eje x y magnitud en el eje y y la gráfica inferior tiene frecuencia en el eje x y fase en el eje y). En esta Figura 10A, las líneas 1001 se trazan para una capacitancia de modo común de 25 uF (e inductancia de 300 uH). Además, las líneas 1003 se trazan para una capacitancia de modo común de 50 uF (e inductancia de 300 uH). Además, las líneas 1005 se trazan para una capacitancia de modo común de 100 uF (e inductancia de 300 uH). Como se ve, a medida que aumenta la capacitancia de modo común, el circuito puede volverse incontrolable a frecuencias más bajas debido a que las corrientes neutrales adquieren una trayectoria de retroalimentación no controlada.
Con referencia ahora a la Figura 10B, se muestra un diagrama de función de transferencia de muestra 1050 asociado con el gráfico de la Figura 10A. En esta Figura 10B, el "." representa la multiplicación; la s es la variable de Laplace compleja.
Con referencia ahora a la Figura 11A, se muestra un gráfico de controlabilidad de bucle abierto de muestra de acuerdo con una realización de la presente invención (el gráfico tiene frecuencia en el eje x y magnitud en el eje y). En esta Figura 11A, la línea 1101 se traza para una capacitancia de modo común de 100 uF. Además, la línea 1103 se traza para una capacitancia de modo común de 25 uF. Como se ve, para controladores equivalentes, la alta capacitancia de modo común elimina la ganancia de bucle abierto a frecuencias más bajas.
Con referencia ahora a la Figura 11B, se muestra un diagrama de función de transferencia de muestra 1150 asociado con el gráfico de la Figura 11A. En esta Figura 11B, el "." representa la multiplicación; la s es la variable de Laplace compleja.
Ahora se hará referencia a la distribución mejorada de pérdidas de IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) de acuerdo con una realización de la presente invención (con respecto a esto, véanse las Figuras 12A y 12B). Más particularmente, se observa que los paquetes IGBT típicos contienen la mitad de silicio en el diodo que en el conmutador. Esta construcción conduce al deseo de transferir pérdidas fuera del diodo para mantener densidades de pérdida uniformes. Se obtienen beneficios adicionales de una disminución general en la cantidad de energía que debe procesarse, ya que todas las cargas del inversor pueden consumir energía sin procesar.
Con referencia ahora a la Figura 12A, se muestra un gráfico de pérdida de dispositivo de muestra 1200 de acuerdo con una realización de la presente invención (el gráfico tiene una relación de aumento en el eje x y una pérdida de dispositivo en el eje y). En esta Figura 12A, la línea 1201 se traza para el diodo reductor-elevador equilibrado (W), la línea 1203 se traza para el conmutador reductor-elevador equilibrado (W), la línea 1205 se traza para el diodo elevador (W) y la línea 1207 se traza para el conmutador elevador (W).
Con referencia ahora a la Figura 12B, se muestra un gráfico de densidad de pérdida del dispositivo de muestra 1250 de acuerdo con una realización de la presente invención (el gráfico tiene una relación de aumento en el eje x y una densidad de pérdida del dispositivo en el eje y). En esta Figura 12B, la línea 1251 se traza para el diodo reductorelevador equilibrado (W / in2), la línea 1253 se traza para el conmutador reductor-elevador equilibrado (W / in2), la línea 1255 se traza para el diodo de refuerzo (W / in2), y la línea 1257 se traza para el conmutador elevador (W / in2). Como se describe en la presente memoria es un convertidor reductor-elevador bidireccional equilibrado de entrada y salida. Los beneficios proporcionados por varias realizaciones del convertidor incluyen: (1) Control de potencia estándar: (a) Solo dos sensores de corriente por inversor; (b) El control vectorial sin sensor de posición BEMF proporciona regulación de tensión y corriente de fase; y/o (c) V/Hz proporciona una EMF efectiva generada por el inversor (el lazo PFC (Corrección del factor de potencia) puede optimizar dinámicamente la tensión V/Hz); (2) Arquitectura de bus de CC simple: (a) Inherentemente soporta tensiones de bus de CC solapadas (reductoras/elevadoras); y/o (b) Tensiones y corrientes controladas de modo común; (3) Detección independiente de
fallas de aislamiento a través de entrada y salida equilibradas; y/o (4) Densidad de potencia IGBT reducida sobre ciertas topologías convencionales reductoras-elevadoras.
Como se describe en la presente memoria, hay una arquitectura de enlace de CC específica que puede usarse en el contexto de un convertidor reductor-elevador bidireccional equilibrado de entrada y salida. Los beneficios proporcionados por varias realizaciones de la arquitectura del enlace de CC incluyen: (1) Los enlaces de CC de entrada y salida están centrados alrededor del bastidor (equilibrados): (a) Permite la detección independiente de fallas de aislamiento de CA y CC; y/o (b) Se minimizan las tensiones con respecto al bastidor; (2) Número mínimo de enlaces de CC de alta tensión para gestionar; y/o (3) Las cargas del inversor pueden consumir energía sin procesar, reduciendo la carga en el convertidor de energía.
Cabe destacar que ciertas topologías convencionales reductoras-elevadoras de CC/CC tienen tensiones de entrada y salida que comparten una referencia común. Estos convertidores pueden ser intrínsecamente menos seguros debido a que los dos inversores tendrán diferentes tensiones de compensación del enlace de CC con respecto al bastidor, y el esfuerzo máximo de tensión en el bastidor para cualquiera de los inversores y sus cargas será mayor que la mitad del valor del enlace de CC.
Por el contrario, un convertidor de acuerdo con varias realizaciones de la presente invención proporciona lo siguiente: (a) es tolerante a una sola falla; (b) debido a que las tensiones de entrada y salida están equilibradas e independientes, las fallas de fuga de CA y CC pueden detectarse de manera independiente y aislarse en cada lado del convertidor; (c) manejar tensiones y corrientes de modo común con el fin de proporcionar tensiones de entrada y salida con una actividad mínima de modo común con respecto al bastidor; (d) utilizar solo dos sensores de corriente y técnicas de control de motor estándar para proporcionar una regulación de tensión de CC; (e) al controlar las corrientes de línea de CA, utiliza de manera óptima el empaquetado IGBT estándar en el que el diodo tiene un tamaño inferior con respecto al del IGBT al distribuir mejor la densidad de pérdida en los paquetes IGBT.
En una realización, se proporciona un convertidor reductor-elevador bidireccional, que comprende: un primer inversor, el primer inversor que comprende un primer terminal de CC positivo del inversor, un primer terminal de CC negativo del inversor, un primer terminal de CA de fase uno del inversor, un primer terminal de CA de fase dos del inversor terminal y un primer terminal inversor fase tres AC; un segundo inversor, el segundo inversor que comprende un segundo terminal de CC positivo del inversor, un segundo terminal de CC negativo del inversor, un segundo terminal de CA de fase uno del inversor, un segundo terminal de CA de fase dos del inversor y un segundo terminal de CA de fase tres del inversor, un inductor de fase uno enrollado en un núcleo del inductor de fase uno, el inductor de fase uno se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase uno del inversor con el segundo terminal de CA de fase uno del inversor; un inductor de fase dos enrollado en un núcleo del inductor de fase dos, el inductor de fase dos se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase dos del inversor con el segundo terminal de CA de fase dos del inversor; un inductor de fase tres enrollado en un núcleo del inductor de fase tres, el inductor de fase tres se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase tres del inversor con el segundo terminal de CA de fase tres del inversor; un condensador de CC del lado positivo configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC positivo del primer inversor al terminal de CC positivo del segundo inversor, y un condensador de CC del lado negativo configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC negativo del primer inversor al terminal de CC negativo del segundo inversor: en el que cada núcleo del inductor de fase uno, el núcleo del inductor de fase dos y el núcleo del inductor de fase tres son núcleos independientes.
En un ejemplo, el convertidor comprende además un controlador.
En otro ejemplo, el controlador se configura para hacer que el primer inversor genere tensión trifásica a una frecuencia fija.
En otro ejemplo, la tensión trifásica de frecuencia fija del primer inversor se proporciona en el primer terminal de CA de fase uno del inversor, el primer terminal de CA de fase dos del inversor y el primer terminal de CA de fase tres del inversor.
En otro ejemplo, el controlador se configura para hacer que el segundo inversor genere corriente trifásica a la frecuencia fija.
En otro ejemplo, el controlador se configura para hacer que el segundo inversor genere la corriente trifásica a la frecuencia fija en base a la tensión trifásica de frecuencia fija del primer inversor proporcionado por el primer terminal de CA de fase uno del inversor, el primer terminal de CA de fase dos del inversor y el primer terminal de CA de fase tres del inversor.
En otro ejemplo: el primer terminal de CC positivo del inversor y el primer terminal de CC negativo del inversor se conectan a una fuente de corriente; y el segundo terminal de c C positivo del inversor y el segundo terminal de CC negativo del inversor se conectan a un sumidero de corriente.
En otro ejemplo, la fuente de corriente es una batería.
En otro ejemplo, el sumidero de corriente es una batería y la fuente de corriente es una celda de combustible.
En otro ejemplo, el controlador comprende un procesador.
En otro ejemplo, el controlador comprende al menos uno de un ASIC y un FPGA.
En otro ejemplo, el convertidor comprende además una memoria que almacena instrucciones legibles por ordenador.
En otro ejemplo, la memoria comprende al menos uno de hardware y microprograma.
En otro ejemplo, la memoria comprende un medio legible por ordenador y las instrucciones legibles por ordenador comprenden un programa de software.
En otra realización, se proporciona un sistema de energía configurado para su uso en un vehículo, el sistema de energía que comprende: una fuente de corriente; un sumidero de corriente; un controlador y un convertidor reductorelevador bidireccional, el convertidor reductor-elevador bidireccional que comprende: un primer inversor, el primer inversor que comprende un primer terminal de CC positivo del inversor, un primer terminal de CC negativo del inversor, un primer terminal de CA de fase uno del inversor un primer terminal de CA de fase dos del inversor y un primer inversor fase tres terminales de CA; un segundo inversor, el segundo inversor que comprende un segundo terminal de CC positivo del inversor, un segundo terminal de CC negativo del inversor, un segundo terminal de CA de fase uno del inversor, un segundo terminal de CA de fase dos del inversor y un segundo terminal de CA de fase tres del inversor; un inductor de fase uno enrollado en un núcleo del inductor de fase uno, el inductor de fase uno se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase uno del inversor con el segundo terminal de CA de fase uno del inversor; un inductor de fase dos enrollado en un núcleo del inductor de fase dos, el inductor de fase dos se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase dos del inversor con el segundo terminal de CA de fase dos del inversor; un inductor de fase tres enrollado en un núcleo del inductor de fase tres, el inductor de fase tres se configura para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase tres del inversor con el segundo terminal de CA de fase tres del inversor; un condensador de CC del lado positivo configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC positivo del primer inversor al terminal de CC positivo del segundo inversor, y un condensador de CC del lado negativo configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC negativo del primer inversor al terminal de CC negativo del segundo inversor, en el que cada núcleo del inductor de fase uno, el núcleo del inductor de fase dos y el núcleo del inductor de fase tres son núcleos independientes; y donde el controlador se configura para operar en uno de: (a) un primer modo en el que la fuente de corriente se conecta al primer terminal de CC positivo del inversor y el primer terminal de CC negativo del inversor y el sumidero de corriente se conecta al segundo terminal de CC positivo del inversor y al segundo terminal de CC negativo del inversor y (b) un segundo modo en el que el sumidero de corriente se conecta al primer terminal de CC positivo del inversor y al primer terminal de CC negativo del inversor y la fuente de corriente se conecta al segundo terminal de CC positivo del inversor y al segundo terminal de CC negativo del inversor; en el que, en el primer modo, el controlador se configura para hacer que: (a) el primer inversor genere tensión trifásica a una frecuencia fija; y (b) el segundo inversor genere corriente trifásica a la frecuencia fija; y en el que, en el segundo modo, el controlador se configura para hacer que: (a) el segundo inversor genere tensión trifásica a una frecuencia fija; y (b) el primer inversor genere corriente trifásica a la frecuencia fija.
En un ejemplo, en el primer modo, la fuente de corriente es una batería.
En otro ejemplo, en el segundo modo, el sumidero de corriente es una batería y la fuente de corriente es una celda de combustible.
En otro ejemplo, el controlador comprende un procesador.
En otra realización, se proporciona un procedimiento para proporcionar un convertidor reductor-elevador bidireccional, el procedimiento que comprende: proporcionar un primer inversor, el primer inversor que comprende un primer terminal de CC positivo del inversor, un primer terminal de CC negativo del inversor, un primer terminal de CA de fase uno del inversor, un primer terminal de CA de fase dos del inversor y un primer terminal de CA de fase tres del inversor; proporcionar un segundo inversor, el segundo inversor que comprende un segundo terminal de CC positivo del inversor, un segundo terminal de CC negativo del inversor, un segundo terminal de CA de fase uno del inversor, un segundo terminal de CA de fase dos del inversor y un segundo terminal de CA de fase tres del inversor; proporcionar un inductor de fase uno enrollado en un núcleo del inductor de fase uno, el inductor de fase uno que conecta eléctricamente el primer terminal de CA de fase uno del inversor con el segundo terminal de CA de fase uno del inversor; proporcionar un inductor de fase dos enrollado en un núcleo del inductor de fase dos, el inductor de fase dos que conecta eléctricamente el primer terminal de CA de fase dos del inversor con el segundo terminal de CA de fase dos del inversor; proporcionar un inductor de fase tres enrollado en un núcleo del inductor de fase tres, el inductor de fase tres que conecta eléctricamente el primer terminal de CA de fase tres del inversor con el segundo
terminal de CA de fase tres del inversor; proporcionar un condensador de CC del lado positivo que conecta eléctricamente el terminal de CC positivo del primer inversor al terminal de CC positivo del segundo inversor, y proporcionar un condensador de CC del lado negativo que conecta eléctricamente el terminal de CC negativo del primer inversor al terminal de CC negativo del segundo inversor; en el que cada uno del núcleo del inductor de fase uno, el núcleo del inductor de fase dos y el núcleo del inductor de fase tres son núcleos independientes.
En un ejemplo, el procedimiento comprende además: hacer que el primer inversor genere tensión trifásica a una frecuencia fija, en el que la tensión trifásica de frecuencia fija del primer inversor se proporciona en el primer terminal de CA de fase uno del inversor, el primer terminal de CA de fase dos del inversor y el primer terminal de CA de fase tres del inversor; y hacer que el segundo inversor genere corriente trifásica a la frecuencia fija en base a la tensión trifásica de frecuencia fija del primer inversor proporcionado por el primer terminal de CA de fase uno del inversor, el primer terminal de CA de fase dos del inversor y el primer terminal de CA de fase tres del inversor.
En otros ejemplos, cualquiera de los pasos descritos en la presente memoria puede llevarse a cabo en cualquier orden deseado apropiado.
En un ejemplo, un controlador puede controlar ambos inversores. En otro ejemplo, cada inversor puede controlarse por un controlador respectivo (es decir, un controlador para cada inversor).
En otro ejemplo, la energía puede ir y venir sin cambiar de modo o "cuadrante".
En otro ejemplo, las cargas pueden ser uno o más calentadores, inversores de CA para energía de la red pública, etc.
Ahora se hará referencia a una serie de configuraciones de ejemplo asociadas con una realización de la invención (en relación con estas configuraciones de ejemplo, se aplican las siguientes suposiciones: (A) Terminales de CC del inversor 1 conectados a la Fuente 1 de CC; (B) Terminales de CC del inversor 2 conectados a la fuente de CC 2; (C) Las fuentes de tensión son capaces de entregar o sumir la corriente; (D) Las fuentes de tensión pueden tener o no impedancia en serie; (E) Los familiarizados con la técnica entenderán que un inversor SVM que produce un vector de tensión de CA puede absorber o producir energía de CA en función del ángulo de fase de la corriente de carga del terminal de CA).
Configuración 1 - Transferencia de energía. Bidireccional; Tipo de fuente de CC 1: Tensión; Detalle de la fuente 1: Corriente bidireccional: Modo del inversor 1: Vector de tensión de CA; Tipo de fuente de CC 2: Tensión; Detalle de la fuente 2: Corriente bidireccional; Modo del inversor 2: Vector controlado sin sensor; Lazo de tensión del inversor 2: Núm.
Configuración 2 - Transferencia de energía. Bidireccional; Tensión de tipo de fuente de CC 1; Detalle de la fuente 1: Corriente bidireccional; Modo del inversor 1: Vector de tensión de CA; Tipo de fuente de CC 2: Corriente/Potencia; Detalle de la fuente 2: Accionamiento(s) de motor, otros; Modo del inversor 2: Vector controlado sin sensor; Lazo de tensión del inversor 2: Sí.
Configuración 3... Transferencia de energía bidireccional; Tipo de fuente de CC 1: Tensión; Detalle de la fuente 1: Celda de combustible // Cargas; Modo del inversor 1: Vector de tensión de CA: Tipo de fuente de CC 2: Batería // Cargas; Detalle de la fuente 2: Corriente bidireccional; Modo del inversor 2: Vector controlado sin sensor; Lazo de tensión del inversor 2: Opcional.
Configuración 4 - Transferencia de energía. Bidireccional; Tipo de fuente de CC 1: Tensión: Detalle de la fuente 1: Batería // Cargas; Modo del inversor 1: Vector de tensión de CA: Tipo de fuente de CC 2: Celda de combustible // Cargas; Detalle de la fuente 2: Corriente bidireccional; Modo del inversor 2: Vector controlado sin sensor; Lazo de tensión del inversor 2: Opcional.
Configuración 5 - Transferencia de energía: 1 ^ 2: Tipo de fuente de CC 1: Tensión; Detalle de la fuente 1: Celda de combustible: solo salida de corriente; Modo del inversor 1: Vector de tensión de CA; Tipo de fuente de CC 2: Tensión; Detalle de la fuente 2: Batería; Modo del inversor 2: Vector controlado sin sensor; Lazo de tensión del inversor 2: Opcional.
Configuración 6 - Transferencia de energía: 2 ^ 1; Tipo de fuente de CC 1: Tensión; Detalle de la fuente 1: Batería; Modo del inversor 1: Vector de tensión de CA; Tipo de fuente de CC 2: Tensión; Detalle de la fuente 2: Celda de combustible: solo salida, otros; Modo del inversor 2: Vector controlado sin sensor; Lazo de tensión del inversor 2: Opcional.
Como se describe en la presente memoria, varias realizaciones pueden tener la capacidad de evaluar fallas de fuga compuestas. En un ejemplo, esto puede requerir la modificación de un vector espacial que introduce un desplazamiento de CC entre los desplazamientos del enlace de CC. En otro ejemplo, la detección de fallas de bastidor independiente puede usarse para medir la resistencia de aislamiento de la celda de combustible.
[Cancelado].
Como se describe en la presente memoria, el convertidor divulgado puede usarse para interconectar cualquier fuente de energía de CC con un sistema de almacenamiento de energía. En un ejemplo específico, el convertidor puede aplicarse en el contexto de un vehículo (por ejemplo, un autobús de celda de combustible). En otro ejemplo específico, el inversor divulgado se puede usar en relación con una batería de alta tensión.
[Cancelado].
Claims (14)
1. Un convertidor reductor-elevador bidireccional (101), que comprende:
un primer inversor (103), comprendiendo el primer inversor un primer terminal de CC positivo del inversor (201), un primer terminal de c C negativo del inversor (203), un primer terminal de CA de fase uno del inversor (215A), un primer terminal de CA de fase dos del inversor (215B) y un primer terminal de CA de fase tres del inversor (215C);
un segundo inversor (105), comprendiendo el segundo inversor un segundo terminal de CC positivo del inversor (301), un segundo terminal de CC negativo del inversor (303), un segundo terminal de CA de fase uno del inversor (315A), un segundo terminal de CA de fase dos del inversor (315B) y un segundo terminal de CA de fase tres del inversor (315C);
un inductor de fase uno (401) enrollado en un núcleo del inductor de fase uno, estando configurado el inductor de fase uno para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase uno del inversor (215A) con el segundo terminal de CA de fase uno del inversor (315A);
un inductor de fase dos (403) enrollado en un núcleo del inductor de fase dos, estando configurado el inductor de fase dos para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase dos del inversor (215B) con el segundo terminal de CA de fase dos del inversor (315B);
un inductor de fase tres (405) enrollado en un núcleo del inductor de fase tres, estando configurado el inductor de fase tres para conectar eléctricamente el primer terminal de CA de fase tres del inversor (215C) con el segundo terminal de CA de fase tres del inversor (315C);
caracterizado por
un condensador de CC del lado positivo (501) configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC positivo del primer inversor al terminal de CC positivo del segundo inversor; y
un condensador de CC del lado negativo (503) configurado para conectar eléctricamente el terminal de CC negativo del primer inversor al terminal de CC negativo del segundo inversor;
en el que cada uno del núcleo del inductor de fase uno, el núcleo del inductor de fase dos y el núcleo del inductor de fase tres son núcleos independientes.
2. El convertidor de la reivindicación 1, que comprende además un controlador (107).
3. El convertidor de la reivindicación 2, en el que el controlador se configura para hacer que el primer inversor (103) genere tensión trifásica a una frecuencia fija.
4. El convertidor de la reivindicación 3, en el que la tensión trifásica de frecuencia fija del primer inversor (103) se proporciona en el primer terminal de CA de fase uno del inversor (215A), el primer terminal de CA de fase dos del inversor (215B) y el primer terminal de CA de fase tres del inversor (215C).
5. El convertidor de la reivindicación 4, en el que el controlador (107) se configura para hacer que el segundo inversor (105) genere corriente trifásica a la frecuencia fija.
6. El convertidor de la reivindicación 5, en el que el controlador (107) se configura para hacer que el segundo inversor (105) genere la corriente trifásica a la frecuencia fija en base a la tensión trifásica de frecuencia fija del primer inversor (103) proporcionado por el primer terminal de CA de fase uno del inversor (215A), el primer terminal de CA de fase dos del inversor (215B) y el primer terminal de CA de fase tres del inversor (215C).
7. El convertidor de la reivindicación 6, en el que:
el primer terminal de CC positivo del inversor (201) y el primer terminal de CC negativo del inversor (203) se conectan a una fuente de corriente (104); y
el segundo terminal de CC positivo del inversor (301) y el segundo terminal de CC negativo del inversor (303) se conectan a un sumidero de corriente (106).
8. El convertidor de la reivindicación 7, en el que la fuente de corriente (104) es una batería.
9. El convertidor de la reivindicación 7, en el que el sumidero de corriente (106) es una batería y la fuente de corriente es una celda de combustible.
10. El convertidor de la reivindicación 2, en el que el controlador (107) comprende un procesador.
11. El convertidor de la reivindicación 10, en el que el controlador (107) comprende al menos uno de un ASIC y un FPGA.
12. Un sistema de energía configurado para su uso en un vehículo, comprendiendo el sistema de energía:
una fuente de corriente (104);
un sumidero de corriente (106);
un controlador (107); y
un convertidor reductor-elevador bidireccional (101) de acuerdo con la reivindicación 1; y
en el que el controlador (107) se configura para operar en uno de: (a) un primer modo en el que la fuente de corriente se conecta al primer terminal de CC positivo del inversor (201) y el primer terminal de CC negativo del inversor (203) y el sumidero de corriente se conecta al segundo terminal de CC positivo del inversor (301) y el segundo terminal de CC negativo del inversor (303); y (b) un segundo modo en el que el sumidero de corriente se conecta al primer terminal de CC positivo del inversor (201) y el primer terminal de CC negativo del inversor (203) y la fuente de corriente se conecta al segundo terminal de Cc positivo del inversor (301) y el segundo terminal de CC negativo del inversor (303);
en el que, en el primer modo, el controlador (107) se configura para hacer que: (a) el primer inversor (103) genere tensión trifásica a una frecuencia fija; y (b) el segundo inversor (105) genere corriente trifásica a la frecuencia fija; y
en el que, en el segundo modo, el controlador (107) se configura para hacer que: (a) el segundo inversor (105) genere tensión trifásica a una frecuencia fija; y (b) el primer inversor (103) genere corriente trifásica a la frecuencia fija.
13. Un procedimiento para proporcionar un convertidor reductor-elevador bidireccional (101), comprendiendo el procedimiento:
proporcionar un primer inversor (103), comprendiendo el primer inversor un primer terminal de CC positivo del inversor (201), un primer terminal de CC negativo del inversor (203), un primer terminal de CA de fase uno del inversor (215A), un primer terminal de CA de fase dos del inversor (215B) y un primer terminal de CA de fase tres del inversor (215C);
proporcionar un segundo inversor (105), comprendiendo el segundo inversor un segundo terminal de CC positivo del inversor (301), un segundo terminal de CC negativo del inversor (303), un segundo terminal de CA de fase uno del inversor (315A), un segundo terminal de CA de fase dos del inversor (315B) y un segundo terminal de CA de fase tres del inversor (315C);
proporcionar un inductor de fase uno (401) enrollado en un núcleo del inductor de fase uno, conectando eléctricamente el inductor de fase uno el primer terminal de CA de fase uno del inversor (215A) con el segundo terminal de CA de fase uno del inversor (315A);
proporcionar un inductor de fase dos (403) enrollado en un núcleo del inductor de fase dos, conectando eléctricamente el inductor de fase dos el primer terminal de CA de fase dos del inversor (215B) con el segundo terminal de CA de fase dos del inversor (315B);
proporcionar un inductor de fase tres (405) enrollado en un núcleo del inductor de fase tres, conectando eléctricamente el inductor de fase tres el primer terminal de CA de fase tres del inversor (215C) con el segundo terminal de CA de fase tres del inversor (315C);
caracterizado por
proporcionar un condensador de CC de lado positivo (501) que conecta eléctricamente el terminal de CC positivo del primer inversor al terminal de CC positivo del segundo inversor; y
proporcionar un condensador de CC del lado negativo (503) que conecta eléctricamente el terminal de CC negativo del primer inversor al terminal de CC negativo del segundo inversor;
en el que cada uno del núcleo del inductor de fase uno, el núcleo del inductor de fase dos y el núcleo del inductor de fase tres son núcleos independientes.
14. El procedimiento de la reivindicación 13, que comprende, además:
hacer que el primer inversor (103) genere tensión trifásica a una frecuencia fija, en el que la tensión trifásica de frecuencia fija del primer inversor se proporciona en el primer terminal de CA de fase uno del inversor (215A), el primer terminal de CA de fase dos del inversor (215B) y el primer terminal de CA de fase tres del inversor (215C); y
hacer que el segundo inversor (105) genere corriente trifásica a la frecuencia fija en base a la tensión trifásica de frecuencia fija del primer inversor (103) proporcionada por el primer terminal de CA de fase uno del inversor (215A), el primer terminal de CA de fase dos del inversor (215B) y el primer terminal de CA de fase tres del inversor (215C).
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