ES2890834T3

ES2890834T3 - Sistema de generación de energía con un generador y procedimiento de funcionamiento de dicho sistema de generación de energía

Info

Publication number: ES2890834T3
Application number: ES17178333T
Authority: ES
Inventors: Jürgen FRANK
Original assignee: Martin Special Technics GmbH
Current assignee: Martin Special Technics GmbH
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2017-06-28
Publication date: 2022-01-24
Anticipated expiration: 2037-06-28
Also published as: EP3264587A1; HUE053209T2; DE102017114381A1; SI3264587T1; EP3264587B1

Abstract

Procedimiento para el funcionamiento, en particular con optimización de la potencia, de un generador (3, 103) con un convertidor de impulso (5, 105) con interruptores de corriente (7, 7I, 107), con un controlador (11, 111) y con un dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua (45, 145), por ejemplo, un circuito intermedio de corriente continua (147) o un elemento de almacenamiento de corriente continua, caracterizado por que el procedimiento como mínimo funciona con una optimización, donde: a) el controlador (11, 111) está configurado para formar una pluralidad de factores de potencia (B, B1, B2, B3, B4, B5, B6), que comprende las etapas: a1) Determinar de los voltajes instantáneos (UM1, UM2, UM3, UM4), que pueden determinarse a partir de un voltaje del generador (UL12, UL23, UL13) que puede variar a lo largo del tiempo y en diferentes momentos (tn1, tn2, tn3, tn4, tn5, tn6) mediante la determinación de una posición angular del generador (3, 103) y la determinación o el cálculo del voltaje instantáneo asociado (UM1, UM2, UM3, UM4); a2) Determinar los puntos de control de los interruptores de corriente (7, 7', 107) a partir de los voltajes instantáneos (UM1 , UM2 , UM3 , UM4 ) como una variable calculada (S4), a3) Formar o determinar los factores de potencia (B, B1, B2, B3, B4, B5, B6) que pueden ser variados a lo largo del tiempo y que pueden ser determinados a partir de los voltajes de los generadores (UL12, UL23, UL13) que pueden ser variados a lo largo del tiempo, a4) Control de los interruptores de corriente (7, 7', 107) en los puntos de control en función de los factores de potencia.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de generación de energía con un generador y procedimiento de funcionamiento de dicho sistema de generación de energía

La presente invención se refiere a un generador como parte de un dispositivo para generar energía eléctrica, donde el dispositivo también comprende un convertidor elevador operable con tiempos de control variables. La presente invención también se refiere a un procedimiento por el cual la energía eléctrica, generada por el generador, se puede entregar, suministrándose la energía a través de un convertidor elevador cuyos interruptores de corriente se controlan. En otras palabras, la presente invención se refiere a un procedimiento, en particular para el funcionamiento optimizado ^{de un generador según el término genérico de la reivindicación}1 ^{y de un dispositivo correspondiente que comprende}dicho generador según el término genérico de la reivindicación 5.

Área técnica

En un arreglo para el suministro de energía eléctrica generada, que debe tomarse de un generador accionado por un motor con velocidad variable, se instala ventajosamente al menos un convertidor de voltaje, en particular del tipo de convertidor elevador, sobre todo para los ajustes de voltaje del voltaje que se va a producir. Es ventajoso si todo el arreglo se controla de tal manera que se logre la generación de energía más eficiente posible.

Hay numerosos puntos en tal arreglo en los que se puede aumentar la eficiencia de la generación de energía, por ejemplo

1^{. con respecto al tipo de generador,}

2^{. en la forma de voltaje de excitación y el funcionamiento de la bobina de excitación,}

3. en el controlador de la disposición y

4. en el tipo y modo de funcionamiento del convertidor de voltaje.

Por ejemplo, como punto de partida para consideraciones de desarrollo posteriores, puede determinarse que se utilizará un generador asíncrono.

Estado de la técnica

Un dispositivo no genérico así como un método no genérico se conoce del documento WO 2015/125591 A2, en el que la maquinaria eléctrica comprende un motor.

De CALISKAN V ET AL: «Automotive Power Generation and Control», IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTROICS, INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEER, EE.UU.; vol. II, pág. 2. 19, No. 3, 1 de mayo de 2004 (2004-05-01), páginas 618-630 XP011112442 se conoce un método para operar un generador.

En la literatura sobre patentes hay numerosas descripciones de los arreglos de los generadores y de los procedimientos para su funcionamiento; las siguientes publicaciones se enumeran a título de ejemplo:

• EP 0929 927 B1 (propietario de la patente: ROBERT BOSCH GMBH; fecha de prioridad: 01.08.1997)

• EP 1072080 B1 (propietario de la patente: ROBERT BOSCH GMBH; fecha de prioridad: 29.01.1999)

• EP 1186476 B1 (propietario de la patente: MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA; fecha de prioridad:

06.09.2000)

• DE 102009054971 A1 (solicitante: LTi DRiVES GmbH; fecha de registro: 18.12.2009).

En estas publicaciones se describen los sistemas de generadores trifásicos o multifásicos EP 0929927 B1, ^{EP 1072}080 ^{B1, EP 1186476 B1 y DE 102009 054 971 A1, en los que el voltaje del generador se adapta a un rango}de voltaje de un consumidor mediante convertidores. Las publicaciones sirven para explicar numerosas relaciones técnicas de los sistemas de convertidor-generador, que son igualmente aplicables a la presente invención.

Del documento DE 10335907 A1 (solicitante: Robert Bosch GmbH; fecha de registro: 06.08.2003) se puede tomar la siguiente idea: se puede utilizar una máquina de conmutación electrónica para proporcionar un convertidor de alto voltaje mediante un grifo entre una bobina de la máquina y un interruptor electrónico conectado en serie, que puede utilizarse para el aumento de voltaje. Se dice que el principio de conmutación del documento DE 10335907 A1 se basa en el hecho de que el voltaje inducido en las bobinas o rollos puede ser sumado o restado a un voltaje de suministro. Las tres realizaciones que se muestran son representaciones extremadamente rudimentarias de esencialmente dos bobinas acopladas que pueden ponerse en cortocircuito con la tierra mediante transistores o interruptores. De DE 10335907 A1 no debe tomarse una revelación exhaustiva.

El documento US 2009/278362 A1 (solicitante: Honda Motor Co., Ltd.; fecha de prioridad: 09.05.2008) se refiere a un generador de fase giratoria permanentemente excitado por imanes y accionado por un motor. Un regulador de conmutación que comprende 12 tiristores debe generar un voltaje alterno de 50 o 60 Hz a partir de tres voltajes del generador trifásico. El patrón de conmutación de los tiristores depende de la frecuencia de salida monofásica deseada. Tal circuito también puede ser descrito con la palabra "generador de envoltura". Además, el motor solo debe ser capaz de cambiar su velocidad en etapas, dependiendo de la potencia demandada del regulador de conmutación. En otras palabras, el principio de conmutación presentado en el documento US 2009/278362 A1 ha sido desarrollado para motores que sólo pueden funcionar a velocidades muy fijas y que están destinados a generar energía eléctrica sobre la base de un voltaje con una sola frecuencia de salida.

El documento DE 19845569 A1 (solicitante: Robert Bosch GmbH; fecha de prioridad: 11.10.1997 y 03.02.1998) describe cuatro incorporaciones de un generador de polos de garras, que puede realizar un ajuste de voltaje a una fuente de alimentación de a bordo de 42V con la ayuda de un convertidor elevador implementado con MOS-FET. El voltaje del generador es controlado por un regulador de voltaje, que establece la corriente de campo para el bobinado de campo. Debido al cortocircuito del puente de diodos, que también puede ser realizado por un MOS-FET, se produce un llamado «boost» o impulso del generador, más precisamente del voltaje del bobinado de un generador. En resumen, también podría decirse que el documento DE 19845569 A1 propone utilizar las bobinas o los inductores, también o de manera similar al documento DE 10335907 A1, en el caso específico del generador de polos en forma de garras, como dispositivo de almacenamiento de energía. La publicación explica que el puente de diodos se desactiva en fase por un cortocircuito en el lado secundario del rectificador de puente completo, lo que permite que se acumule un aumento de voltaje. Al bloquear el transistor o el MOS-FET, la energía almacenada temporalmente en los inductores del estator se libera en forma de voltaje inducido. La publicación sólo contiene diagramas esquemáticos muy sencillos, que no permiten una reconstrucción exacta, entre otras cosas porque el procedimiento operativo correspondiente se deja completamente a oscuras.

El documento DE 102011 053982 A1 (solicitante: LTi DRiVES GmbH; fecha de registro: 27.09.2011) se refiere a un generador de energía de n-fases que utiliza un dispositivo rectificador con n-medios puentes. En la realización de una red de suministro monofásica, la unidad inversora de la red comprende dos medios puentes, en cada uno de los cuales se conectan dos elementos de conmutación con diodos de rueda libre conectados en paralelo para generar un voltaje alterno modulado PWM en un grifo central de medio puente inversor. En un dispositivo de alimentación trifásica, un dispositivo rectificador, un dispositivo inversor y un dispositivo inversor de potencia tienen tres medios puentes. El documento DE 102011 053982 A1 reconoce que si se conecta un lado de contacto del generador al circuito intermedio de corriente continua a través de un inversor, es posible el funcionamiento en escalón y el voltaje de corriente continua puede estabilizarse en amplios rangos independientemente de la velocidad. Los elementos de conmutación son accionados por un dispositivo de control que adquiere información sobre la velocidad a través de un sensor mecánico de velocidad para accionar los elementos de conmutación del dispositivo inversor en función de la fase o la velocidad. Sin embargo, como problema inherente a este tipo de disposición de circuitos, ya se afirma en la introducción a la descripción del documento DE 102011 053982 A1 que las pérdidas de conmutación adicionales son desventajosas, por lo que la eficiencia disminuye.

Similar al documento DE 102011 053982 A1, el documento US 5946202 A (Solicitante: Baker Hughes Inc.; fecha de registro: 22.01.1998) se refiere al control de los interruptores individuales. El documento US 5946202 A es una continuación en parte de la solicitud US5793625A (solicitante: Baker Hughes Inc.; fecha de registro: 24.01.1997). Ambos documentos US 5946202 A y US 5793625 A se refieren a un regulador de modo de impulso, es decir, un convertidor elevador. En el documento US 5946202 A hay una propuesta para extraer la energía de las bobinas del generador y para hacer funcionar los semiconmutadores de potencia del tipo FET con una frecuencia de conmutación constante de 100 kHz. Además, el ciclo de trabajo de la señal de conmutación PWM de los FET debe ajustarse en función de la velocidad del generador. Según el documento US 5793625 A, la velocidad del generador puede variar en un rango de velocidad de unas 1100 rpm a unas 5000 rpm. Las tablas en el documento US 5793625 A enumeran que la disipación de energía de un generador de este diseño es comparativamente baja a altas velocidades del generador, pero extremadamente considerable a bajas velocidades. Si se utiliza un motor de gasolina como motor principal de un generador de ese tipo, suele tener una relación combustible/rendimiento menos favorable en la gama de velocidades bajas, y las pérdidas eléctricas del generador también son particularmente altas en esa gama de velocidades.

En el documento US 2006/214426 A1 (inventor: Yoshihito Asao et al.; fecha de prioridad: 18.02.2004) se describe un generador de polos en forma de garras junto con un inversor. Un aumento de voltaje a bajas velocidades del generador de polos en forma de garras se logrará mediante la adecuada elección de los tiempos de encendido y apagado de los interruptores del inversor. A bajas velocidades, la corriente de excitación también debe mantenerse baja. Al aumentar las velocidades, la corriente de excitación también debería aumentar. Sin embargo, hay al menos un punto en la característica de la corriente de excitación en el que se produce un cambio de una primera curva de corriente de excitación a una segunda curva de corriente de excitación. La característica de corriente de excitación que se muestra en el documento US 2006/214426 A1 parece una curva compuesta de varias medias ramas hiperbólicas, que continúa continuamente de una hipérbola a la siguiente. El par de torsión de tal generador parece variar mucho. Los pares fluctuantes se expresan, por ejemplo, en los impactos sobre los accionamientos de las unidades auxiliares del motor de accionamiento.

Otro método de control de un generador de polos en forma de garra con un inversor positivo se describe en el documento DE 19849889 A1 (Solicitante: Robert Bosch GmbH; fecha de registro: 29.10.1998). Tres rangos de control, en los que se aplican diferentes curvas y ecuaciones, forman el control general, al que se añade otro rango de control como rango de control de seguridad para el desalojo de cargas extremas. El controlador superior creado de esta manera debe influir en la parte reactiva y activa de la corriente del generador, que depende de la velocidad del generador, con la ayuda de una tabla multidimensional. Para ello, el controlador influye en la corriente de excitación. El voltaje de una línea del generador de polos de garras puede corresponder al voltaje máximo del inversor de impulsos. En lugar de ajustar la corriente de excitación, un circuito adecuado debería ofrecer otros tornillos de ajuste que permitan un funcionamiento optimizado de la energía.

Tareas

En el mundo técnico se observa una creciente demanda de fuentes de alimentación de CA móviles en un rango de voltaje medio, en particular para un voltaje nominal de 230 V, que pueden instalarse ventajosamente en vehículos de motor, en particular en la categoría de vehículos comerciales. En los vehículos de motor de combustión interna, la velocidad del eje del motor suele variar en un amplio rango de velocidades. Sin embargo, se debe proporcionar un voltaje de salida lo más constante posible en el alternador.

Este voltaje de salida estabilizado deseado debe ser posible teniendo en cuenta los criterios de eficiencia energética y un espacio de instalación permitido, que es extremadamente limitado, especialmente en el caso de los vehículos comerciales más pequeños.

Descripción de la invención

La tarea según la invención se resuelve por un procedimiento según la reivindicación 1. Un dispositivo para generar energía eléctrica puede verse en la reivindicación 7. Se pueden observar otras realizaciones ventajosas de las reivindicaciones dependientes.

Algunos componentes que pueden combinarse para formar un arreglo para la generación de energía eléctrica son: • un generador, que en particular es excitado externamente,

• un convertidor elevador que se acciona en particular por señales de control moduladas en anchura de pulso,

• un controlador que, en particular, determina los tiempos de conmutación del convertidor elevador, y

• un dispositivo de almacenamiento de corriente continua, por ejemplo un circuito intermedio de corriente continua. Estos componentes del generador, el convertidor elevador, el controlador y el dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua, en particular utilizando otros componentes como un circuito puente de seis pulsos o un convertidor de CA (voltaje), pueden combinarse para formar un dispositivo para generar energía eléctrica. El enfoque principal puede ser el controlador para aumentar la eficiencia, en otras palabras, con la ayuda del controlador se puede aspirar a una operación de rendimiento optimizado.

El convertidor elevador tiene elementos de conmutación a través de los cuales se puede influir en el flujo de corriente. El modo de funcionamiento del convertidor elevador puede cambiarse por medio del controlador. El convertidor elevador tiene entradas de control para este propósito. Las entradas de control pueden utilizarse, por ejemplo, para aplicar señales de control moduladas en anchura de pulso al convertidor elevador. En otras palabras, es un convertidor escalonado cuyos tiempos de conmutación pueden ser variados por la modulación del ancho de pulso. Lo ideal sería que el convertidor elevador tuviera una rama de control separada para cada fase del generador. Hay al menos dos elementos de conmutación en cada rama. Los elementos de conmutación adecuados son los elementos de conmutación que controlan la corriente, que también pueden denominarse interruptores de corriente, especialmente en la incorporación de componentes semiconductores de la electrónica como MOS-FEt o IGBT.

El generador está diseñado para un rango de velocidad inferior y superior. Por lo tanto, el generador se mueve dentro de una ventana de velocidad, en particular en función de la velocidad del eje de un motor de combustión interna. El convertidor elevador está diseñado para coincidir con la posible ventana de velocidad, el posible rango de velocidad. El convertidor elevador está diseñado para funcionar dentro de un rango de frecuencias con respecto a la conexión y desconexión de los elementos de conmutación individuales, en particular los interruptores de corriente.

Ventajosamente, el controlador, en particular si comprende una unidad de control, comprende una etapa de conducción. El convertidor elevador o sus elementos de conmutación pueden ser controlados a través de tal etapa de conducción. La etapa de conducción también está diseñada para el rango de frecuencia en el que los elementos de conmutación funcionan como interruptores de corriente. El convertidor elevador está controlado por la etapa de conducción.

Un hallazgo es que los interruptores de corriente pueden ser encendidos en diferentes o cambiantes momentos durante la operación. El mismo interruptor de corriente no se enciende o apaga constantemente con la misma frecuencia de accionamiento. Los tiempos de conmutación están adaptados. El momento exacto en que un interruptor de corriente debe encenderse o apagarse depende del voltaje (actualmente real) del generador o de la frecuencia de la forma de onda del generador, por ejemplo, también sólo dentro de una banda de frecuencia filtrada, es decir, una frecuencia, un armónico del espectro de frecuencias o una forma básica.

Según un aspecto o en una realización particularmente ventajosa, la frecuencia de accionamiento de los interruptores de corriente depende de la velocidad de rotación del generador. La velocidad del generador, es decir, el eje o una curva de voltaje del generador, influye en el controlador en esta realización. En otras palabras, la frecuencia de accionamiento varía dependiendo de la velocidad del generador. La relación entre la velocidad y la correspondiente frecuencia de accionamiento puede expresarse mediante una función o un diagrama. Se puede formar una curva (matemática) entre una variable, la velocidad del generador, y la otra variable, la frecuencia de accionamiento de los elementos de conmutación. Hay una proporcionalidad entre las dos variables en ciertas áreas. Las áreas comprenden piezas delimitadas de la curva. La curva puede ser descrita como una curva continua a destajo. En particular, la proporción dentro de cada pieza es lineal. Hay una proporcionalidad entre la velocidad y la frecuencia de accionamiento. En este caso, la proporcionalidad, es decir, de las dos variables, se expresa mediante una curva lineal. Debe quedar claro en este punto que, además de estas dos variables, otras variables de entrada o variables también pueden influir en la frecuencia de accionamiento. La proporcionalidad puede observarse en particular cuando las demás variables de entrada o las variables que influyen en la frecuencia de accionamiento se mantienen constantes.

Sin embargo, la relación continua y fragmentada entre la velocidad y la frecuencia de conducción se rompe al menos en un punto de la curva, preferentemente en dos o más puntos. Cuando se alcanza al menos una frecuencia o velocidad del generador, la curva muestra un punto de conmutación. En el rango del punto de conmutación, la relación entre la velocidad y la frecuencia de accionamiento tiene un curso desviado. La curva se ajusta mediante un salto discontinuo. La progresión puede describirse, por ejemplo, en relación con el cambio de velocidad del generador. En un primer rango de velocidad más bajo, una primera pendiente de la curva está presente. La relación se expresa en particular por una proporcionalidad lineal. En un segundo rango de velocidad del generador, en particular un rango de velocidad con una frecuencia más alta que el primer rango de velocidad, hay una sección de la curva que debe ser descrita por una ecuación lineal diferente, en particular. Hay una transición entre los dos rangos de velocidad. Durante esta transición de una primera velocidad más baja a una segunda velocidad más alta del generador, la frecuencia de accionamiento se reduce.

Según otro aspecto, la conexión y desconexión de al menos un interruptor de corriente, preferentemente los respectivos interruptores de corriente presentes en pares por línea de voltaje, puede verse influida por factores de potencia. El factor de potencia respectivo se determina a partir de un valor de corriente del voltaje de un generador, es decir, el valor del voltaje que está presente en uno de los paquetes de potencia en un momento dado.

Así, un aparato para llevar a cabo el proceso de generación de energía descrito anteriormente de una energía eléctrica puede tener al menos dos de las siguientes partes o componentes:

• un generador eléctrico que puede ser excitado eléctricamente,

• un convertidor electrónico de impulso, en particular un convertidor elevador multifásico,

• un controlador diseñado para controlar los interruptores de corriente del convertidor elevador en función de la velocidad de rotación del generador, y

• un dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua, por ejemplo, un circuito intermedio de corriente continua o una fuente de corriente continua como un acumulador, de la que se puede obtener un voltaje de excitación variable para el generador

En tal disposición, es posible en particular operar el método descrito anteriormente en el dispositivo con la ayuda del controlador.

El controlador puede calcular un factor de aumento de forma permanente o en momentos seleccionados (dentro de una unidad de velocidad de cálculo como un procesador y su código). El controlador está diseñado para calcular múltiples factores de potencia. El controlador determina o forma los factores de potencia, especialmente durante la operación. Un dato especialmente interesante es el voltaje instantáneo que se aplica actualmente, que se puede obtener del generador en una línea de generadores. El voltaje instantáneo cambia. El voltaje del generador es una variable que puede cambiarse con el tiempo. El voltaje instantáneo tiene una amplitud justo en ese momento de medición o determinación. El voltaje del generador se determina en diferentes momentos (dentro de una fase o un período). Sobre la base de esta información, la información sobre la base del voltaje instantáneo respectivo, se realiza un cálculo. Un experto entiende que como cálculo también se debe entender el trabajo con tablas. Los puntos de control se determinan a partir del voltaje instantáneo como la(s) variable(s) calculada(s). Los puntos de control de los interruptores de corriente dependen de los factores de potencia. Los factores de potencia son factores de potencia variables a lo largo del tiempo. Adaptando el control de los elementos de conmutación o del convertidor elevador al comportamiento del generador, por ejemplo, la velocidad del generador, la corriente extraída del generador, el voltaje disponible del generador, etc., se pueden reducir las pérdidas de conmutación, entre otras cosas.

El control o la determinación de los puntos de conmutación de los interruptores de corriente pueden verse influidos por los factores de potencia, así como por la velocidad real del generador o la frecuencia del voltaje del generador generado. El cambio del punto de conmutación en función de los factores de potencia y el cambio del punto de conmutación en función de la velocidad o el voltaje del generador representa una optimización. Es particularmente ventajoso si se aplican ambas optimizaciones del punto de conmutación. Hablando en sentido figurado, puede decirse que los puntos de conmutación de los interruptores de corriente, que están influenciados por la velocidad o la frecuencia de voltaje, están adicionalmente influenciados o cambiados en el eje de tiempo por los factores de potencia.

En primer lugar, se tiene en cuenta la velocidad del generador. Por otra parte, se tiene en cuenta la forma de onda exacta del voltaje del generador, que también depende de la velocidad. la frecuencia de accionamiento de los interruptores es idealmente un múltiplo de la frecuencia del voltaje del generador. Esto permite ajustar el tiempo de encendido y el tiempo de apagado incluso en función del voltaje instantáneo en una línea del generador.

Sin embargo, también es comprensible que haya casos en los que sólo se utilice una de las dos optimizaciones (por ejemplo, para los generadores de motores (particularmente) lentos, que por lo tanto sólo tienen que cubrir un pequeño rango o ventana de velocidad; por ejemplo, para los generadores que tienen una curva de voltaje extremadamente sinusoidal).

A continuación se exponen las realizaciones ventajosas y las realizaciones posteriores que, consideradas tanto individualmente como en combinación, pueden también revelar aspectos inventivos.

Ventajosamente, se define el rango en el que se permite que se mueva la frecuencia de accionamiento. Como se ha señalado anteriormente, la frecuencia real de accionamiento depende de la frecuencia del generador que prevalece en el momento del accionamiento. Entre la frecuencia del generador y la frecuencia de accionamiento, en una realización ventajosa, se puede establecer una relación tal que la frecuencia de accionamiento, la frecuencia de accionamiento sea mayor que la frecuencia del generador. Esta relación puntual puede extenderse a todo el rango de velocidad del generador. En una realización ventajosa posterior, la frecuencia del generador siempre puede ser inferior a la frecuencia de accionamiento. En particular, la frecuencia de accionamiento es siempre mayor a todas las velocidades del generador. Se produce un control de frecuencia más alto que la velocidad del generador existente en un momento (velocidad momentánea del generador).

Como ventaja del procedimiento según la invención, se puede destacar que gracias al método o al arreglo se puede entregar una corriente de carga sin huecos a una carga. Los armónicos se reducen, es decir, los voltajes con un múltiplo de la frecuencia base se amortiguan en sus amplitudes o en sus cursos. La corriente de carga sigue una onda sinusoidal de manera similar. La corriente de carga, especialmente como una corriente de carga multifásica como una corriente de carga trifásica, tiene una característica sinusoidal.

Un elemento central del control puede ser una unidad de control. El controlador puede realizarse mediante una unidad de control. Los interruptores de corriente se controlan en función de una velocidad, en particular la instantánea, del generador. En particular, los MOS-FET del canal N, preferiblemente del tipo de mejora del canal N MOS-FET, son adecuados como interruptores de corriente. También podrían usarse los IGBT. También se pueden instalar tríacs y tiristores (si se proporcionan circuitos externos adecuados). Se pueden colocar dos MOS-FEt entre dos líneas del generador en un diseño de bloqueo o disposición de circuito alternativo. El convertidor elevador se enciende y/o apaga dependiendo de la velocidad presente en ese momento.

La energía presente en el dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua puede ser utilizada, al menos en parte, para proporcionar un voltaje de excitación. El voltaje de excitación es un voltaje eléctrico presente a través de la bobina de excitación. La energía es suministrada de nuevo al generador mediante un voltaje de excitación para la excitación del generador. Parte de la energía se (re)suministra como energía para la excitación del generador multifásico, en particular. Así, el circuito proporciona una rama de retroalimentación directa a través de la cual se puede influenciar, en particular ajustar, un ajuste eficiente de la potencia a emitir.

Varias fuentes de voltaje pueden ser consideradas como fuente de voltaje para el voltaje de excitación. Por ejemplo, parte de la energía del dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua puede utilizarse para proporcionar energía de excitación. El voltaje del circuito intermedio de corriente continua se transmite — transformado o ajustado en valor si es necesario— a la bobina de excitación del generador. Otra fuente es una fuente de energía auxiliar. En un vehículo de motor, por ejemplo, la batería de arranque puede utilizarse como fuente de voltaje para el voltaje de excitación. La energía de la batería de arranque puede ser ajustada en voltaje y, si es necesario, alimentarse a la bobina de excitación del generador. En el caso de que se utilice una batería de arranque adicional u otra fuente de energía auxiliar, (casi) toda la energía del dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua está disponible para ser entregada a una carga. El voltaje de excitación puede utilizarse para derivar la corriente de excitación basándose en los valores conocidos como la inductancia y la resistencia óhmica de la bobina de excitación. La salida de voltaje del generador es un voltaje de tipo AC similar a una forma de onda sinusoidal. Idealmente, un controlador del generador no sólo funciona con un único valor de voltaje, sino que el controlador es tan rápido que puede considerar varios puntos de medición de voltaje con el valor de voltaje actual en el momento de la medición. Los tiempos de trabajo o los tiempos de procesamiento de los controladores a un solo punto de medición pueden ser, por ejemplo, sólo de 2 a 3 ms, mientras que la periodicidad de la curva de voltaje es, por ejemplo, de 20 ms. El voltaje tiene una forma curva. El voltaje puede describirse en términos de su forma de onda de voltaje. En diferentes momentos durante el curso de una forma de onda de voltaje, se puede derivar un factor de potencia del valor de voltaje presente en ese momento. El voltaje es el que proviene del generador. De esta manera, se forman varios factores de potencia durante una periodicidad de la curva de voltaje recurrente. Los respectivos voltajes instantáneos, que se determinan a partir de un voltaje del generador que puede variar a lo largo del tiempo en diferentes puntos del tiempo, son variables de salida para los cálculos. El voltaje instantáneo, que cambia en función del tiempo, es una variable de cálculo para determinar los puntos de control de los interruptores de corriente. Los interruptores de corriente se conectan y desconectan en función del voltaje medido actualmente, es decir, con diferentes voltajes, también se puede decir que si se mide o detecta un cambio de voltaje, los interruptores de corriente se accionan para diferentes fases de conexión. Los voltajes instantáneos se utilizan para determinar los factores de potencia que pueden cambiarse con el tiempo. Un control ventajoso consiste en controlar el generador de manera que se ajusten las fases con un tiempo de conmutación, en particular el interruptor de corriente. Por otra parte, también hay fases con un período de bloqueo, que también se pueden denominar como fases de tiempo muerto o fases de llave oscura. Las fases con tiempos de bloqueo pueden mantenerse constantes. Es ventajoso que los tiempos totales respectivos se mantengan constantes, especialmente una vez que se ha seleccionado o determinado una frecuencia de conmutación dependiente de la velocidad en función de la velocidad del generador. El interruptor de corriente es controlado por los tiempos de encendido y apagado. Por ejemplo, los tiempos de apagado pueden mantenerse constantes. En tal procedimiento, el tiempo de apagado siempre es el mismo. Sólo el tiempo de encendido se ajusta al voltaje(s) del generador. Los tiempos de encendido se ajustan, los tiempos finales siempre permanecen dentro de un rango de ventana de tiempo idéntico. En una realización alternativa, el tiempo total, que comprende un tiempo de apagado y un tiempo de conmutación, se mantiene constante. Si se ajusta el tiempo de conmutación, el tiempo de bloqueo o el tiempo de apagado se ajustan en consecuencia en la dirección opuesta. Se muestra como ejemplo. Se determina que el tiempo total es de 10 ms basado en la velocidad instantánea del generador. Si un tiempo de conmutación se acorta en 0,5 ms, el tiempo de bloqueo debe ampliarse en la cantidad de este tiempo. Si el tiempo de conmutación se prolonga 1 ms, el tiempo de bloqueo debe acortarse por esta diferencia de tiempo.

El tiempo de encendido y el de apagado pueden ponerse en relación entre sí. Podemos hablar de una relación de fases. Preferentemente, la relación de las fases se ajusta entre sí de tal manera que se refleje en ellas el respectivo factor de potencia.

Es particularmente ventajoso si el tiempo de conmutación también tiene un valor mayor cuando el factor de potencia es grande. Si el factor de potencia tiene un valor menor, el tiempo de conmutación debe reducirse en la misma cantidad. En una realización, se puede determinar un tiempo de control para un factor de potencia de control. Si el factor de potencia real se desvía del factor de potencia de control en un valor, el tiempo de conmutación se modificará en un grado equivalente al tiempo de control. En pocas palabras, puede decirse que en esta realización la relación entre el factor de potencia actual y el tiempo de conmutación actual corresponde a la siguiente regla empírica: el aumento del factor de potencia corresponde al aumento del tiempo de conmutación, la disminución del factor de potencia corresponde a la disminución del tiempo de conmutación.

En una realización particularmente simple y ventajosa, el dispositivo comprende un generador que es un generador de polos en forma de garras. Un generador de polos en forma de garras es un generador adecuado para uso automotriz. En un generador de polos de garras, los polos individuales tienen forma de garras. En un generador de polos en forma de garras, se genera un campo de rotor de polos en forma de púas o garras. El generador de polos en forma de garras tiene polos positivos y negativos. Los pares de polos se pueden contar. El número de polos es ventajosamente un número par natural, hay un número de polos pares. Se ha demostrado que una configuración favorable para un sistema trifásico con generador de polos en forma de garra es una bobina del generador que está diseñada con al menos 12 polos. Es decir, hay al menos 6 pares de polos.

El momento en que el voltaje puede ser medido directamente y también indirectamente. El voltaje instantáneo respectivo no se mide como voltaje, sino que se deriva o asume sobre la base de una posición angular. La posición angular se puede medir, por ejemplo, con un disco generador. La posición angular se puede medir por medio de la polea del generador. El valor del ángulo se convierte entonces en un valor de voltaje de un voltaje instantáneo. El cálculo puede realizarse en una unidad de cálculo del controlador. Por ejemplo, el voltaje se puede determinar a partir de una tabla. La medición a través de un disco angular tiene la ventaja de no tener contacto. Además, gracias a la medición, el voltaje del generador no se distorsiona.

Un modo de funcionamiento favorable, sobre todo desde el punto de vista de la energía, es la modulación de la anchura del pulso de los tiempos de encendido y apagado de los interruptores de corriente. Los interruptores de corriente pueden ser controlados como interruptores modulados por ancho de pulso. Los interruptores de corriente se conmutan completamente durante la primera vez y se bloquean completamente durante la segunda. Así que no hay un control proporcional de la corriente, pero los interruptores o bien se conmutan o están en un estado de desactivación.

El dispositivo no sólo tiene un controlador equipado con lógica. Una etapa de conducción también puede contarse como parte del controlador. En este caso, el controlador también incluye una etapa de conducción. El controlador opera en frecuencias o en un rango de frecuencias diseñado para un rango supercrítico. Se considera que la frecuencia crítica es la frecuencia de rotación del generador. El controlador está diseñado para frecuencias que se encuentran en una banda de frecuencias en todos los modos de funcionamiento y velocidades, cuyas frecuencias, es decir, las frecuencias cubiertas por la banda de frecuencias, son siempre un múltiplo de la frecuencia de rotación de un eje del generador. El generador puede funcionar en un espectro de frecuencias. El espectro de frecuencias se desvía con sus frecuencias de corte de la esquina o frecuencias de corte de la banda de frecuencias del controlador. Incluso en un modo lento de reposo, en el que el generador puede funcionar, la frecuencia de control puede ser un múltiplo de la frecuencia de rotación del generador. Por ejemplo, en una realización, la frecuencia lenta de reposo puede fijarse en una frecuencia de corte de 1/2000 rpm. En una realización similar, la velocidad más baja puede ser fijada en 2500 rpm.

En una realización ventajosa posterior de la presente invención, el dispositivo puede ser configurado sin inductores dedicados en el convertidor elevador. En una realización ventajosa similar, sólo pueden colocarse o estar presentes microinductores en el convertidor elevador. Las micro inductancias son, por ejemplo, inductancias que están en el rango de |jH o en el rango de mH. Por lo tanto, en principio, se puede suponer un convertidor elevador libre o casi libre de inductancia. En lugar de inductancias en el convertidor elevador, el dispositivo utiliza las bobinas del generador como elementos de almacenamiento de voltajes o energía eléctrica. Con la ayuda de las bobinas del generador o utilizando las bobinas del generador como elementos de almacenamiento de energía eléctrica, se puede realizar un aumento de voltaje en el dispositivo.

El dispositivo ofrece muchas ventajas, sobre todo si el convertidor elevador ofrece no sólo una fase, es decir, una curva de voltaje, sino varias fases, es decir, curvas de voltaje mutuamente compensadas, es decir, se trata en particular de un convertidor elevador trifásico. En tal caso, se puede extraer incluso una corriente trifásica del generador o del dispositivo.

El dispositivo puede implementarse como un componente. El circuito intermedio de corriente continua puede ir seguido, por ejemplo, por un inversor de onda sinusoidal. Se puede conectar una carga, por ejemplo, al inversor de onda sinusoidal. Como dispositivo, el inversor de onda sinusoidal está equipado con conexiones para las conexiones eléctricas a los consumidores, tales como las cargas eléctricas.

Parte del dispositivo, como ya se ha mencionado, es el controlador. El controlador puede estar equipado con una entrada, por ejemplo. El voltaje de excitación, por ejemplo, puede aprovecharse en esta entrada. La entrada puede utilizarse, por ejemplo, como una entrada de medición para el voltaje de excitación. La entrada se utiliza para medir el voltaje de excitación. El voltaje de excitación se aplica a la bobina de excitación del generador. El voltaje exacto aplicado a la bobina de excitación puede determinarse, por ejemplo, mediante un circuito paralelo a la bobina de excitación del generador. En funcionamiento paralelo se mide el voltaje.

El dispositivo puede incluir otros componentes. Otro posible componente es, por ejemplo, un rectificador de diodos. Otro posible componente es, por ejemplo, un filtro EMC (filtro para establecer la compatibilidad electromotriz). Entre las líneas de voltaje del generador en un lado y el convertidor elevador en el otro lado hay un lugar — desde el punto de vista del circuito— ventajoso para tal componente adicional. En ese momento, se puede interponer al menos uno de los otros componentes. Por ejemplo, un filtro EMC, que filtra los armónicos en particular, puede estar presente entre las líneas y el convertidor elevador. Un rectificador de diodos, en particular un rectificador de diodos polifásicos, puede situarse en el dispositivo inmediatamente después de las líneas del generador en términos de circuitos.

El controlador es aún mejor si el protector contra sobretensiones o el limitador de corriente de línea están integrados en el controlador. Esas medidas aumentan la fiabilidad del controlador y, por lo tanto, la funcionalidad del mismo.

Las combinaciones y realizaciones anteriormente ilustradas también pueden considerarse en otros numerosos compuestos y combinaciones.

Por ejemplo, también se puede proporcionar protección contra el voltaje en las entradas del controlador, de modo que las sobretensiones, por ejemplo en la bobina de excitación del generador, no puedan causar daños al controlador. Todos los componentes que pueden almacenar energía con suficiente rapidez, por ejemplo, los supercondensadores o también los condensadores, son adecuados como dispositivos de almacenamiento de energía.

También puede decirse que la presente invención se ocupa de mejorar el rendimiento de un generador que funciona en conjunción con un convertidor elevador y un controlador. Para ello, la frecuencia de accionamiento de los interruptores del convertidor elevador se varía en función de la velocidad del generador o la forma de onda del voltaje generado por el generador. El controlador se basa en una función. En una realización, la función seguida opera con puntos de conmutación en los que se producen cambios en la relación de mapeo entre la frecuencia de entrada (la velocidad del generador) y la frecuencia de accionamiento (los interruptores de corriente) (como los puntos de salto discontinuos). Según otro aspecto, la función opera en dependencia del voltaje presente en un momento dado o en dependencia del voltaje entregado en un momento dado (voltaje instantáneo) de una bobina del generador.

También puede decirse que el tipo de generador y la forma de onda resultante del voltaje o los voltajes del generador, por ejemplo, en el caso de un generador de polos en forma de garra, por ejemplo, en el caso de un generador con espacios de aire de forma no homogénea entre el polo y el estator, por ejemplo, en el caso del motor de conmutación electrónica con forma de onda no sinusoidal, se introduce en un grupo de factores de potencia o se tiene en cuenta en él. El respectivo factor de potencia corresponde al valor de voltaje actual en una línea que esta línea puede proporcionar o que está presente en la línea respectiva.

Un dispositivo según las realizaciones anteriormente descritas, aunque sólo una parte de ellas se realice en el dispositivo, crea la posibilidad de un generador accionado por correa de transmisión en el accionamiento auxiliar de un motor de combustión interna. Las mediciones y pruebas han demostrado que la correa de transmisión del generador experimenta pares alternos de menos de 10 Nm, a menudo incluso menos de 5 Nm. La transmisión por correa puede, por ejemplo, diseñarse de tal manera que debe ser capaz de soportar un máximo de 4 Nm, aunque el generador de energía entrega una potencia en el rango de 2 kW a 3 kW. La transmisión por correa puede crear, de manera muy suave pero efectiva, una conexión entre el motor de combustión y el eje del generador y conducir el eje del generador. Gracias a la falta de saltos de corriente, por lo tanto la falta de saltos de potencia, es posible una conexión de transmisión por correa.

Un flujo continuo de energía a través de una correa asegura un flujo continuo de energía eléctrica.

El par de accionamiento puede convertirse continuamente en energía eléctrica. El par alternante es, especialmente en una medida extremadamente pequeña, sólo (ligeramente) pulsante en el par de accionamiento continuamente disponible.

Por consiguiente, los aspectos descritos anteriormente pueden interconectarse y combinarse de numerosas maneras.

Breve descripción de las figuras

La presente invención se puede entender incluso mejor si se hace referencia a las figuras que la acompañan, las cuales establecen un ejemplo particularmente ventajoso de realizaciones sin limitar la presente invención, donde

La figura 1 muestra un primer ejemplo de un dispositivo con generador,

La figura 2 muestra un segundo ejemplo de un dispositivo con generador,

La figura 3 muestra esquemáticamente una primera realización de un convertidor elevador que puede ser parte del dispositivo según la figura 1 o también según la figura 2,

La figura 4 muestra de manera esquemática una realización de un convertidor elevador, que puede ser parte del dispositivo según la figura 1 o también según la figura 2,

La figura 5 muestra una posible curva característica de una respuesta de frecuencia PWM que puede almacenarse en la memoria de un controlador de un dispositivo según las figuras 1 y 2,

La figura 6 ilustra el principio del ajuste del factor de potencia adaptativo en una media onda,

La figura 7 muestra un campo característico de impulso que puede formar parte del controlador de un dispositivo según la figura 1 o la figura 2,

La figura 8 muestra una comparación de una realización particularmente ventajosa de la invención en comparación con un controlador con la invención omitida,

La figura 9 muestra una representación simplificada en el osciloscopio de un voltaje de bus con corriente sin huecos en un dispositivo que ha implementado la invención, y

La figura 10 muestra otro campo característico de impulso que puede formar parte del controlador de un dispositivo, por ejemplo, según la figura 1 o según la figura 2.

Descripción de las figuras

Las figuras 1 y 2 muestran posibles realizaciones en la representación simplificada. En este sentido, cualquier experto en ingeniería eléctrica reconocerá que en los diagramas esquemáticos de las figuras 1 y 2 se han omitido con frecuencia las líneas de retorno cero, de masa, de referencia o de corriente en muchos lugares, por razones de simplificación. En otras palabras, las conexiones entre los componentes individuales, que se muestran como líneas, deben entenderse — cuando sea apropiado— como paquetes de líneas más que como líneas individuales.

La figura 1 muestra en principio, es decir, de manera simplificada, un generador de energía 1. Parte del generador de energía 1 es un generador 3, cuyo eje 75 puede ser accionado, por ejemplo, por un motor de combustión interna de un vehículo de motor, por ejemplo, por una transmisión por correa o por una transmisión por cadena como unidad auxiliar, a fin de proporcionar la energía eléctrica necesaria en terminales como el terminal de carga 67, 67I, en particular in situ al operador de un vehículo comercial, como una furgoneta o un camión.

El generador 3, que puede ser ventajosamente un generador en forma de garras, tiene una pluralidad de bobinas L1, L2, L3. Además, el generador 3 tiene una bobina de excitación L4 a la que se conecta una salida de control de campo 65 a través de un terminal de suministro 61.

Se proporciona un voltaje en el terminal de suministro 61, que es el voltaje de excitación Uerr. Una fuente de energía adecuada puede ser usada como voltaje de excitación U^err. Dependiendo de la potencia deseada que el generador de energía debería ser capaz de entregar, hay varias fuentes disponibles como fuentes de energía. En el caso de que no sea necesario disponer de toda la potencia del generador de energía 1 en el terminal de carga 67, 67I, una parte de la potencia del dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua 45 puede dirigirse al terminal de suministro 61 y, por lo tanto, a la salida de control de campo 65. En el caso de que la mayor cantidad de energía posible del dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua 45 deba entregarse a una carga 63, se puede utilizar una fuente de energía auxiliar 81 como fuente de energía para el voltaje de excitación Uerr. La fuente de energía auxiliar 81 puede ser, por ejemplo, la batería de arranque de un vehículo comercial si el generador de energía 1 se instala como generador de energía de a bordo en el vehículo comercial, por ejemplo, en una furgoneta. Mediante el interruptor 79, el generador de energía 1 o un operador tiene la opción de decidir si la energía que el generador de energía 1 puede proporcionar como energía eléctrica debe ser entregada en su totalidad o debe ser utilizada en parte para el funcionamiento del generador 3. Esto permite que las "últimas reservas de energía", como 100 a 200 vatios adicionales, se activen, al menos durante un corto período de tiempo, durante el funcionamiento del generador de energía 1. En tal constelación, el interruptor 79 se encarga del pico de liberación de energía.

Las tres bobinas L1, L2, L3 del generador 3 están conectados a un filtro EMC 43 a través de un haz de líneas 53. El filtro EMC 43 es una etapa previa al controlador 11. En el lado de salida, un dispositivo de almacenamiento de energía DC 45 está conectado al controlador 11. El dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua 45 sigue a un rectificador de diodos 49. El dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua 45 tiene una primera terminal de carga 67 y una segunda terminal de carga 67I. Como ya se ha explicado, las cargas diseñadas para ser suministradas por un bus de corriente continua pueden ser conectadas a los terminales de carga 67, 67I. En la realización mostrada en la figura 1, tal carga 63 es una carga de DC o una carga de AC. Como se ha mencionado anteriormente, los bloques funcionales individuales como el dispositivo de almacenamiento de energía DC 45 y el rectificador de diodos 49 también pueden intercambiarse entre sí en secuencia.

El controlador 11 está compuesto de varios componentes. Uno de los componentes del controlador 11 es la unidad de control 9, que a su vez comprende conjuntos, componentes y piezas, como la unidad de cálculo 13. El controlador 11 también incluye el convertidor elevador 5. El convertidor elevador 5 incluye una pluralidad de interruptores de corriente 7, 71.

La unidad de control 9 utiliza su unidad de cálculo 13 para pasar las señales de control al convertidor elevador 5, más específicamente a los interruptores de corriente 7, 71, a través de la etapa de conducción 15.

El primer haz de líneas 53, que va desde el generador 3 a través del filtro EMC 43 al segundo haz de líneas 55 para terminar en el convertidor elevador 5, es una conexión tipo bus entre el generador 3 y los componentes posteriores como el filtro EMC 43. Por lo tanto, una pluralidad de líneas 69, 71, 73 pertenecen al haz de líneas 53 y 55, respectivamente. Las líneas individuales en forma de tallo, como las líneas 69, 71, 73, se dirigen a las entradas de medición 25, 27, 29 de la unidad de control 9.

Otras entradas de medición 21, 23 son proporcionadas por la unidad de control 9. La unidad de control 9 tiene una primera entrada de medición 21 que es una entrada de voltaje. La unidad de control 9 tiene una segunda entrada de medición 23 que es una entrada de disparo. La unidad de control 9 tiene otras entradas de medición 25, 27, 29 que pueden utilizarse opcionalmente como entradas de voltaje o como entradas de corriente para los circuitos electrónicos de la unidad de control 9.

El terminal de suministro 61 está conectado a la primera entrada de medición 21. Un generador de señales 57, capaz de recibir y transmitir señales de un disco generador 59, se dirige a la entrada de disparo 23. Existen conexiones entre las líneas 69, 71, 73 y la unidad de control 9 a través de las entradas de medición 25, 27, 29.

La primera entrada de medición 21, que es una entrada de voltaje, incluye un convertidor analógico-digital (ADC) 31. En la unidad de control 9, se proporciona una etapa de filtrado de disparo 33 después de la segunda entrada de medición 23. La tercera entrada de medición 25, la cuarta entrada de medición 27 y la quinta entrada de medición 29 están conectadas a una etapa que comprende un protector contra sobretensiones 17 y un limitador de corriente de línea 19. Las señales de las diversas entradas de medición 21, 23, 25, 27, 29 se alimentan a la unidad de cálculo 35, si es necesario se procesan de la misma manera que la señal de una variable calculada para el voltaje instantáneo S4.

La unidad de cálculo 35 es una unidad de procesamiento que puede estar provista de memorias o puede funcionar en comunicación con memorias utilizando valores de tablas de conversión, como la tabla de conversión 37 para frecuencias de generador y frecuencias de accionamiento. La unidad de computación 13 que tiene la unidad de cálculo 35 también incluye una memoria 39 que tiene un mapa de factores de potencia. La unidad de computación 13 tiene una etapa de cálculo de factor L 41.

Mediante la etapa de cálculo del factor L 41, el voltaje de excitación Uerr puede adaptarse al caso de la carga, es decir, a la carga 63 conectada al terminal de carga 67, 671. Por ejemplo, el generador de energía 1 puede ser diseñado para un voltaje de excitación Uerr de 10 voltios como valor típico de este circuito. Si se conecta una carga excesiva o se extrae una corriente de carga excesiva lLast, los tiempos de conmutación o los puntos de control P1 y P2 de los interruptores 7, 71 pueden ajustarse de modo que se disponga de un voltaje en el terminal de suministro 61 del dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua 45. En tal caso, el voltaje de excitación Uerr se aumenta a, por ejemplo, 11 voltios en lugar de los 10 voltios habituales.

En la figura 1 se muestra, a partir de la unidad de control 9, en orden lógico computacional, la secuencia de cálculo de la unidad de cálculo 35, que puede utilizar un mapa de factores de potencia 39 mediante una tabla de conversión 37 para enviar señales de control a la etapa de conducción 15 mediante una etapa de cálculo del factor L 41.

El generador de energía 1 debe proporcionar un voltaje de bus deseado U^buscon una corriente de carga lLast como fuente de suministro de corriente continua en el terminal de carga 67, 67I. Por consiguiente, el rectificador de diodo 49 suministra la corriente Last por debajo del voltaje de bus Ubus. El rectificador de diodos 49 es un puente rectificador trifásico de seis diodos. La energía eléctrica se almacena temporalmente en un dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua 45, que puede conectarse antes o después del rectificador de diodo 49 en términos de energía (como se muestra en la figura 1), pero también puede conectarse en paralelo con el rectificador de diodo 49 en términos de flujo de energía. Por esta razón, se utiliza un voltaje intermedio Uz.

El generador 3, que tiene tres bobinas L1, L2, L3 como se muestra en la figura 1, suministra diferentes voltajes de línea U^l12, U^l23, U^l13 a través de su haz de líneas 53. Los voltajes de línea U^l12, U^l23, U^l13 se envían a través de los voltajes de línea I^{l i}, I^l2, I^l3 al filtro EMC 43, que puede filtrar los componentes de señal de mayor frecuencia en los voltajes de línea Uli2, Ul23, Uli3. Los voltajes Uli2, Ul23, Uli3 con sus corrientes eléctricas Ili, Il2, Il3 llegan al convertidor elevador libre de inductancia 5. El convertidor elevador 5 utiliza las bobinas L1, L2, L3 del generador 3 para conmutar los interruptores de corriente 7, 7I en función de la frecuencia de accionamiento fA a través de los puntos de accionamiento P1, P2, de forma que se conmuten al dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua 45 voltajes que se aumentan según sea necesario o como condición en comparación con los valores instantáneos de los voltajes de línea Uli2, Ul23, Uli3. Para ello, la unidad de control 9 varía la frecuencia de accionamiento fA. El voltaje de excitación Uerr se alimenta a la primera entrada de medición 21, que se conecta a la unidad de cálculo 35 a través del convertidor analógico-digital. Como resultado, el valor actual del voltaje de excitación Uerr en la bobina de excitación L4 es monitoreado permanentemente por la unidad de cálculo 35. La unidad de cálculo 35 recibe una señal de la velocidad SI del eje 75 del generador 3. Gracias a la etapa de filtrado de disparo 33, en la unidad de control 9 la velocidad instantánea nM del generador 3 está disponible para varios módulos o componentes de la unidad de cálculo 13, como (como ya se ha mencionado) la unidad de cálculo 35. En función de la velocidad instantánea nM del generador 3, se determina un valor de conversión asociado a partir de la tabla de conversión 37 para la frecuencia de accionamiento. La tabla de conversión 37 corresponde a una función continua de tipo "piecewise" que tiene puntos de discontinuidad en ^{los puntos de conmutación í b i, tB}2^{, es decir, a ciertas velocidades ni, n2. La señal leída en la tabla de conversión 37, por}ejemplo, para la dimensión angular o también para una señal como la frecuencia PWM S3, se alimenta al mapa de factores de potencia 39. El valor devuelto por el mapa de factores de potencia 39 depende de la señal para la dimensión angular yo la frecuencia PWM S3 y de la señal para la velocidad S i1. La señal de la velocidad S i1 se basa en la señal de la velocidad Si del eje 75 del generador 3, pero está condicionada por la unidad de cálculo 35. La unidad de cálculo 35 también dispone de una señal S2 que indica la corriente extraída. Procesada por la unidad de cálculo 35, la señal de la corriente extraída S2 se proporciona como la señal de la carga S21 a la etapa de cálculo del factor L 41.

Después de estas etapas de cálculo, el convertidor elevador 5 es impulsado por la etapa de conducción 15 con una frecuencia de conducción fA sintonizada a la velocidad instantánea nM. Mediante las medidas de protección y seguridad, de las que al menos el protector contra sobretensiones 17 o el limitador de corriente de línea 19 responden en situaciones excepcionales, en particular peligrosas, se puede proteger la etapa de conducción 15 de un control que ponga en peligro el convertidor elevador 5. Para ello se ponen a disposición de las entradas de medición 25, 27, 29 de la unidad de control 9 los voltajes instantáneos U^mi, U^m2, U^m3. Los voltajes instantáneos U^mi, U^m2, U^m3 están disponibles para la unidad de cálculo 35 para sus cálculos y para sus formaciones de señales S i1, S21, S3, S4 así como para los cálculos del protector contra sobretensiones 17 disponibles. El protector contra sobretensiones 17 es una unidad de funcionamiento autónomo independiente de los cálculos de la unidad de cálculo 35, de modo que las medidas de protección pueden anular o dominar las instrucciones de actuación de los cálculos.

La unidad de cálculo 35 calcula los tiempos de conmutación y de bloqueo de los interruptores de corriente 7, 71, etc. Mediante

1. una determinación de una frecuencia en un rango de frecuencias fB y

2. un conjunto de factores de potencia B1, B2, B3, B4, B5, B6 o B11, B21, B31, B41, B51, B61, B71.

El dispositivo según la figura i permite ajustar los tiempos de conmutación y los tiempos de bloqueo de los interruptores de corriente individuales 7, 71 del convertidor elevador 5 según sea necesario. Para ello, entre otras cosas, la velocidad se tiene en cuenta por la señal de la velocidad Si del eje 75 del generador 3. También se operan los factores de potencia de un mapa de factores de potencia 39.

Los tiempos de conmutación y los tiempos de bloqueo también están influenciados por la carga y en particular por el voltaje de excitación Uerr.

i i

La figura 2 muestra una vista esquemática simplificada de un generador de energía 101. Los componentes, objetos y procesos correspondientes a los componentes, objetos y procesos del generador de energía 1 que se muestran en la figura 1 han recibido signos de referencia aumentados en 100. Esto también pone de relieve la intercambiabilidad de los grupos y conjuntos individuales entre las realizaciones.

El generador de energía 101 según la figura 2 es similar en su construcción al generador de energía 1 según la figura 1. El generador de energía 101 de la figura 2 incluye un dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua 145 que tiene un circuito intermedio de corriente continua 147 desde el cual se puede suministrar un inversor de onda sinusoidal 151 para proporcionar un voltaje de bus U^buscomo un voltaje alterno a la carga 163 en el terminal de carga 167. En otras palabras, se aplica un voltaje alterno al terminal de carga 167 como un voltaje de bus Ubus con una corriente de carga I^lastpara alimentar la carga 163.

El circuito intermedio de corriente continua 147 también se utiliza para suministrar energía al terminal de suministro 161, que proporciona la fuente de alimentación para la salida de control de campo 165. La salida de control de campo 165 tiene conectada la bobina de excitación L4 del generador 103. El voltaje del terminal de suministro 161 se suministra al controlador 111 a través de la primera entrada de medición 121, que es una entrada de voltaje de la unidad de cálculo 113, para la comprobación cruzada del bucle de control cerrado. Así, el voltaje de excitación Uerr puede ser permanentemente contra-calculado y comprobado por una unidad de cálculo 135 que forma parte de la unidad de control 109. Una segunda entrada de medición 123 es una entrada de disparo. A título informativo, la segunda entrada de medición 123 está provista de una señal de la velocidad S1 del generador 103 por el generador de señales 157. Así, la unidad de cálculo conoce la velocidad instantánea nM del generador 103. El generador de energía 101 tiene un haz de líneas 153, 155, 155I para permitir que se pasen múltiples fases del generador 103 a los componentes de corriente continua del generador de energía 101, como el circuito intermedio de corriente continua 147. Se aplica un voltaje de corriente continua al segundo haz de líneas 155 y al terminal de suministro 161, de modo que la circunferencia de la línea se reduce en esos puntos en comparación con el primer haz de líneas 153 (menos líneas).

El valor exacto del voltaje de excitación Uerr en el terminal de suministro 161 en función, por ejemplo, de un cálculo del factor L (véase también la figura 1) puede variarse en una banda de voltaje mediante el control del voltaje de excitación 177 y ajustarse según sea necesario. Si el dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua 145 detecta drenajes de carga excesivos, el control del voltaje de excitación 177 puede elevar continuamente el voltaje de excitación U^errhasta un valor máximo, como 12 voltios en lugar de los 10 voltios originales.

El generador de energía 101 incluye el convertidor elevador 105. Partes del convertidor elevador 105 son su interruptor de corriente 107. El convertidor elevador 105 es impulsado por la etapa de conducción 115. La interferencia con el funcionamiento regular de la etapa de conducción 115 puede ser proporcionada por un protector contra sobretensiones 117 y un limitador de corriente de línea 119. Si no han respondido ni el protector contra sobretensiones 117 ni el limitador de corriente de línea 119, el convertidor elevador 105 funciona de acuerdo con su control por la etapa de conducción 115 de acuerdo con los cálculos de la unidad de computación 113 con su unidad de cálculo 135.

La unidad de cálculo 135 recoge varias señales. Las señales alimentadas externamente a la unidad de control 109, como la señal de velocidad S1 o la del voltaje de excitación U^err, se alimentan a través de etapas de conversión o adaptación como el convertidor analógico-digital 131 o la etapa de filtrado de disparo 133. Dentro de la unidad de cálculo 113, se dispone de señales como la señal (procesada) S1I de la velocidad de rotación del eje del generador 103, la señal (procesada) de la corriente extraída S2I y la señal para la variable de cálculo del voltaje instantáneo S4.

Dependiendo del mapa de factores de potencia 139 realmente almacenado en la unidad de control 9, 109, los factores de potencia individuales como el factor de potencia B1 (véase la figura 7) o como el factor de potencia B6I (véase la figura 10) pueden determinarse a partir del mapa de factores de potencia 139 definiendo un conjunto que comprenda varias variables como las variables para la corriente dibujada S2I o un conjunto S1" que comprenda una velocidad de corriente nM del generador como el generador 3 (véase la figura 1) o el generador 103 (véase la figura 2) y que comprenda una dimensión angular a.

La unidad de cálculo 135 funciona con valores de una memoria (que tiene valores de una tabla de conversión 137) para una comparación de la frecuencia del generador con la frecuencia de accionamiento del convertidor elevador 105 por la etapa de conducción 115. La frecuencia de accionamiento fA incluye un cálculo basado en un mapa de factores de potencia 139. Los componentes de la señal que interfieren y las frecuencias supercríticas no pueden propagarse más allá del haz de líneas 153 gracias a un filtro EMC 143. Las señales para una tercera entrada de medición 125 de la unidad de control 109 se suministran libres de componentes de interferencia gracias al filtro EMC 143. Como resultado, una etapa para detectar una sobretensión (protector contra sobretensiones 117) y una etapa de cálculo para limitar un voltaje de línea (limitador de corriente de línea 119) pueden determinar de manera fiable si se inhibe un control por parte de la etapa de conducción 115 del convertidor elevador 105. El protector contra sobretensiones 117 y el limitador de corriente de línea 119 tienen, pues, prioridad sobre la conmutación a través de la frecuencia de accionamiento fA a partir del resultado del cálculo utilizando el mapa de factores de potencia 139. En el estado desconectado, la etapa de conducción 115 no puede proporcionar un tiempo de conducción ti al convertidor elevador 105, más concretamente a los interruptores de corriente 107, debido a una respuesta del protector contra sobretensiones 117 o del limitador de corriente de línea 119. En el funcionamiento normal, el tiempo de conmutación ti , es decir, cuando no ha respondido ningún protector contra sobretensiones 117 ni ningún limitador de corriente de línea 119, se da a los interruptores de corriente 107 del convertidor elevador 105.

La energía destinada a la carga 163 es proporcionada por el rectificador de diodos 149. El rectificador de diodos 149 puede proporcionar un voltaje intermedio U^zal circuito intermedio de corriente continua 147. El flujo de energía del rectificador de diodos 149 se ve afectado por la conmutación de los interruptores de corriente 107 del convertidor elevador 105. Los voltajes inducidos en las bobinas L1, L2, L3 del generador 103 están influenciados por el terminal de suministro 161 de la fuente de alimentación de la bobina de excitación L4. Con la ayuda del voltaje de excitación U^erren la bobina de excitación L4, el voltaje de línea puede variarse de la misma manera que el voltaje de fase U^l12. Además, los otros voltajes de línea U^l13, U^l32 pueden ajustarse con voltajes variables en el terminal de suministro 161 gracias a la posibilidad de accionar la bobina de excitación L4. Esto cambia las corrientes de línea I^l1 , I^l2, I^l3. Las corrientes de línea I^l1 , I^l2, I^l3 fluyen a través del filtro EMC 143 al rectificador de diodos 149. Otro enfoque para influir en la forma de onda de la corriente de carga I^lastes mediante los valores de la memoria 137 para comparar la frecuencia del generador con la frecuencia de accionamiento con los puntos de conmutación tB1, tB2, a los que se dan saltos discontinuos. Además, se puede tener en cuenta la señal S2 de la corriente extraída.

La figura 3 muestra con más detalle, es decir, con símbolos electrónicos, una posible variante de circuito para un convertidor elevador 5, 105 (según la figura 1 o 2), que puede conectarse a las líneas 69, 71, 73 de un haz de líneas como el haz de líneas 55. La puerta respectiva de los interruptores T1, T2, T3, T4, T5, T6, que son MOS-FET de canal N, están limitados por las resistencias piloto R1, R2, R3, R4, R5, R6. La dirección del flujo de corriente se activa con los diodos D1, D2, d3, D4, D5, D6. En la dirección inversa, los diodos D1, D2, D3, D4, D5, D6 interrumpen el flujo de corriente de una primera línea 69, 71, 73 a una segunda línea 71, 73, 69. El flujo de corriente a través de los diodos D1, D2, D3, D4, D5, D6 puede ser controlado por los interruptores T1, T2, T3, T4, T5, T6. Conjuntos idénticos compuestos por un diodo D1, D6, un interruptor T1, T6 y una resistencia piloto R1, R6 están dispuestos en un circuito antiparalelo entre dos líneas 69, 71, 73 en cada caso, de manera que un cortocircuito de corriente puede ser configurado selectivamente en ambas direcciones del flujo de corriente (de la primera línea 69 a la segunda línea 71 y de la segunda línea 71 a la primera línea 69). Tal circuito, como se muestra en la figura 3, se utiliza preferentemente para potencias superiores, por ejemplo, potencias en el rango de 2 kW a 6 kW, o incluso 10 kW.

Para los generadores de energía 1, 101 con una clase de potencia inferior, por ejemplo, menos de 2 kW, se puede disponer un circuito simplificado de un convertidor elevador 5, 105 según la figura 4 entre las líneas 691, 711, 731 de un haz de líneas 1551 (en lugar del haz de líneas 155) como alternativa al circuito según la figura 3. Un circuito según la figura 4 ahorra el uso de diodos de conducción como los diodos D1, D2, D3, D4, D5, D6 según la figura 3. Hay seis interruptores T11, T21, T31, T41, T51, T61, cada uno con una resistencia piloto R11, R21, R31, R41, R51, R61, cada uno en una configuración de circuito antiparalelo a dos interruptores, y por lo tanto en serie. El flujo de corriente se controla a través del respectivo diodo integrado en los fets MOS del canal N de los interruptores T11, T21, T31, T41, T51, T61 que no están accionados.

La figura 5 ilustra una curva característica que puede almacenarse en una tabla de conversión 37, 137 (véanse las figuras 1 y 2) con puntos de conmutación tB1, tB2 en función de una velocidad de rotación n. La tabla de conversión 37, 137 proporciona una frecuencia de accionamiento fA en función de una velocidad de rotación n. La tabla de conversión 37, 137 debe utilizarse para determinar unas frecuencias de accionamiento específica fA sobre la base de la velocidad instantánea nM. Hasta una primera velocidad n1 la tabla de conversión 137 ofrece un primer rango continuo. A la primera velocidad n1 comienza un nuevo rango continuo, que se extiende a una segunda velocidad n2. Los puntos de conmutación tB1, tB2 están respectivamente a las velocidades n1, n2. La curva característica según la tabla de conversión 37, 137 tiene al menos dos puntos de discontinuidad. La curva característica según la tabla de conversión 37, 137 tiene un primer rango, por ejemplo, hasta 2000 revoluciones por minuto, para el cual todavía no se proporciona la frecuencia de accionamiento fA. En el rango de velocidad más bajo, la frecuencia de accionamiento fA se establece en O. A una velocidad límite, la frecuencia de conducción en continuo aumento fA comienza. La frecuencia de accionamiento fA aumenta continuamente hasta el punto de conmutación tB1. A esta primera velocidad n1 se produce una reducción de la frecuencia de accionamiento fA en el punto de conmutación tB1. La frecuencia de accionamiento fA es siempre superior a la frecuencia correspondiente a la velocidad n. La velocidad instantánea nM del generador 3, 103 es la variable de entrada. La curva característica está determinada por las velocidades n1, n2 y los saltos en la curva característica situada allí. El rango de frecuencias fB disponible o que puede ser explotado cubre un rango que está por encima de la frecuencia máxima resultante de las posibles velocidades n del generador 3, 103. Por ejemplo, la tabla de conversión 37, 137 puede configurarse de tal manera que la frecuencia de accionamiento fA en un primer rango sea 32 veces la frecuencia resultante de la velocidad de rotación n. En un segundo rango que sigue al primero, la frecuencia de accionamiento fA puede ser, por ejemplo, 16 veces la frecuencia según la velocidad de rotación n. En otro rango, las decenas de veces pueden ser tan poco como 8 veces. La reducción de la frecuencia con el aumento de la velocidad n ayuda a reducir las pérdidas de conmutación de los interruptores de corriente 7, 71, 107. Los puntos de salto en la tabla de conversión 37, 137 influyen en la frecuencia de conmutación o en la frecuencia de accionamiento fA, pero no son puntos de discontinuidad en el flujo de energía.

Ventajosamente, la frecuencia de accionamiento fA es siempre mayor que la frecuencia resultante de la velocidad n del eje 75 del generador 3. Es principalmente una cuestión de diseño qué frecuencia fundamental para la frecuencia de accionamiento fA a la frecuencia más baja esperada del voltaje de cadena Uli2 o Uli3 del generador 3 se determina como punto de partida o frecuencia de salida. En cada punto de discontinuidad (es decir, en los puntos de conmutación ^tB1^{, tB}2^{), la frecuencia de accionamiento fA se reduce en un factor. Un factor favorable es el factor 2. Desde el primer}rango al segundo rango, más precisamente a la izquierda aproximada al (primer) punto de discontinuidad en comparación con la derecha aproximada al (primer) punto de discontinuidad, la frecuencia de accionamiento fA se reduce así a la mitad. En la transición del segundo rango de frecuencias de accionamiento al tercero, también tiene lugar una factorización, como la reducción a la mitad. Otros factores ventajosos son factores como el 1,5; 2,5; 3 o incluso 4. Si un amplio rango de velocidad es cubierto por el generador 3, deben seleccionarse factores más altos en los puntos de salto, en los puntos de discontinuidad. Si el generador 3 cubre un pequeño rango de velocidades, basta, por ejemplo, con operar con factores en el rango de 1,1 a 1,5 para la adaptación de la frecuencia de accionamiento entre antes y después del punto de discontinuidad. Transferido al ejemplo anterior, la frecuencia de accionamiento fA comienza a 32 veces la frecuencia del voltaje de línea Ul12 o Ul13. La frecuencia de accionamiento fA, cuando está en el segundo rango, se ajusta a 16 veces. En el tercer rango, la frecuencia de accionamiento fA está en el rango de 8 veces. Si se selecciona un factor de 4 en su lugar, la frecuencia de accionamiento fA varía entre 32 veces, 8 veces y 2 veces, dependiendo del rango de frecuencia del voltaje de cadena U^l12 o U^l13 con un factor de salida de 32.

Como se puede ver en las figuras 1 y 2, la unidad de control 9, 109 funciona con un mapa de factores de potencia 39, 139. Para ello, en función del voltaje instantáneo Um1, Um2, Um3, Um4 (véase la figura 6), se determina en cada caso un factor de potencia adaptado B1, b2, B3, B4, B5, B6, que debe seguirse para alcanzar el punto de ajuste del voltaje de corriente continua Udcsoll. Los voltajes instantáneos Um1, Um2, Um3, Um4 (ver Figura 6) se determinan a veces según los ^{tiempos tn}1^{, tn}2^{, tn3, tn}4^{, tn}5^{, tn6. A los tiempos individuales tn}1^{, tn}2^{, tn3, tn}4^{, tn}5^{, tn6 se pueden asignar los respectivos factores}de potencia B1, B2, B3, B4, B5, B6 (por ejemplo, mediante una curva característica tridimensional según la figura 7 o según la figura 10). Alternativa o adicionalmente, el respectivo factor de potencia B necesario para accionar los interruptores de corriente 7, 7I, 107 puede calcularse, por ejemplo, mediante una función de dos, tres o cuatro variables.

Un ojo entrenado reconocerá por la forma de onda que se muestra en la figura 6 que es un generador de polos en forma de garra como generador 3 en la realización.

El factor de potencia B causa un incremento permanente del voltaje de línea, como el voltaje de línea U^l12 o U^l13, a U^dcsoll. También en el pico del voltaje de línea, como el voltaje de línea U^l12 o U^l13, se produce un aumento de voltaje en la dirección de Udcsoll En el pico, el factor de potencia instantáneo, como el factor de potencia B3 o el factor de potencia B4, tiene el valor más bajo (en comparación con los otros factores de potencia de la misma frecuencia).

Si se transfiere la figura 6 a un diagrama en función de la velocidad n y la dimensión angular a, el resultado es un diagrama tridimensional del factor de aumento B como se muestra en la figura 7. Como ejemplo, se introduce una velocidad instantánea nM a 3000 revoluciones por minuto. Si la dimensión angular a es de 40° en el momento de la medición, el factor de potencia B1 en ese momento es aproximadamente cinco (5).

La figura 8 ilustra con bastante claridad la relación lineal en la generación de energía P de acuerdo con la curva de potencia PHiPerGen sobre el rango de velocidad cubierto desde una primera velocidad como 1500 rpm hasta una segunda velocidad como 9000 rpm. Para una orientación más fácil, se esboza una curva de potencia PPrior que puede ser realizada con un convertidor elevador si los aspectos especiales de la invención no se realizan en la unidad de control o los efectos especiales o los aspectos especiales según la presente invención están apagados.

Las ventajas particulares de la presente invención también serán aparentes para un experto a partir de la fotografía de un osciloscopio que se muestra en la figura 9. La figura 9 muestra que la corriente de carga Last puede ser descrita como una corriente de carga sin huecos. El voltaje de bus Ubus se traza para este propósito. El voltaje Ubus se conmuta ^{a través de tiempos de conmutación ti, t}2 ^{dependiendo de la frecuencia de accionamiento fA (ver figuras 1, 2). Para ello,}se definen los puntos de control P1, P2 para los interruptores del convertidor elevador. Esto resulta en tiempos de una conmutación tD y tiempos de bloqueo ts de los interruptores individuales de un convertidor elevador (véase el convertidor elevador 5, 105 de las figuras 1, 2).

La figura 10 muestra una configuración alternativa de un mapa con factores de potencia. El diagrama característico según la figura 10 crea una relación entre una velocidad actual nm ofreciendo valores para numerosas velocidades n, una dimensión angular a ofreciendo dimensiones angulares para la (respectiva) posición angular del eje 75 del generador 3 (véase la figura 1) en etapas (tan pequeñas como sea posible), y un factor de potencia asociado B11, B21, ^{B31, B41, B51, B61, B71. A partir del respectivo factor de potencia determinado B11, B21, B31, B}4^{1, B51, B61, B71, el tiempo}para una conmutación adecuada tD y el tiempo para un bloqueo adecuado tS se determinan entonces por medio de la unidad de cálculo 35, 135. Los factores de potencia B11, B21, B31, B41, B51, B61, B71 se encuentran a lo largo de una velocidad constante n. Se puede asumir una velocidad constante al menos durante una media onda del voltaje de un generador o del voltaje de línea U^l12, U^l23, U^l13, U^l32.

El mapa 39, 139 para los factores de potencia B1, B2, B3, B4, B5, B6 o B11, B21, B31, B41, B51, B61, B71 es respectivamente típico para el tipo de generador y sus formas de onda de los voltajes de línea U^l12, U^l23, U^l13, U^l32. En otras palabras, la forma del mapa 39, 139 o la forma o apariencia del mapa 39, 139 depende del generador 3, 103 del generador de energía 1, 101. Con la ayuda de los factores de potencia b 1, B2, B3, B4, B5, B6 o B11, B21, B31, B41, B51, se hace posible una, al menos casi, corriente no sinusoidal, aunque la forma de onda de los voltajes de línea Uli2, Ul23, Uli3, Ul32 no es sinusoidal. El mapa 39 , 139 tiene los factores de potencia más bajos en el rango de frecuencia y dimensión angular a , en el que se da un pico de voltaje más alto.

En el caso de generadores como el generador de polos en forma de garra que se examina en relación con la figura 1, el mapa de factores de potencia 39, 139 está diseñado de manera que haya un factor de potencia para cada conjunto de valores.

Las posibilidades de diseño que se muestran en las figuras individuales también pueden combinarse entre sí en numerosas variaciones adicionales.

Por ejemplo, la división en el puente rectificador 149 (véase la figura 2 ) también puede aplicarse en un puente rectificador 49 operado en serie (véase la figura 1). Por ejemplo, el circuito intermedio de corriente continua 147 (véase la figura 2 ) puede formar parte de otros conjuntos.

Lista de signos de referencia

Signos de referencia Significado

1, 101 Generador de energía

3, 103 Generador

5, 105 Convertidor elevador

7, 71, 107 Interruptor de corriente

9, 109 Unidad de control

11, 111 Controlador

13, 113 Unidad de computación, en particular de la unidad de control

15, 115 Etapa de conducción, en particular con una etapa de aislamiento protector (integrado) 17, 117 Protector contra sobretensiones

19, 119 Limitador de corriente de línea

21, 121 Primera entrada de medición, especialmente una entrada de voltaje

23, 123 Segunda entrada de medición, especialmente una entrada de disparo

25, 125 Tercera entrada de medición, en particular la entrada de voltaje o corriente

27 Cuarta entrada de medición, en particular la entrada de voltaje o corriente

29 Quinta entrada de medición, en particular la entrada de voltaje o corriente

31, 131 Convertidor analógico-digital (ADC)

33, 133 Etapa de filtrado de disparo

35, 135 Unidad de cálculo, por ejemplo, una CPU como un procesador ATMEL del tipo ATmegaXX 37, 137 Tabla de conversión o memoria con tabla de conversión, especialmente entre la frecuencia del generador y la frecuencia de accionamiento

39, 139 Mapa de factores de potencia o memoria con mapa de factores de potencia

41 Etapa de cálculo del factor L

43, 143 Filtro EMC

45, 145 Dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua

147 Circuito intermedio de corriente continua

49, 149 Rectificador de diodos

151 Inversor de onda sinusoidal

53, 153 Primer haz de líneas

55, 155, 1551 Segundo haz de líneas

57, 157 Generador de señales, en particular transmisor de señal de velocidad o ángulo de rotación 59 Disco generador

61, 161 Terminal de suministro, especialmente para fuente de alimentación

63, 163 Carga

65, 165 Salida de control de campo

67, 671, 167 Terminal de carga

69, 69I primera línea

71, 711 segunda línea

73, 73I tercera línea

75 Onda

177 Control del voltaje de excitación

79 Interruptor de cambio

81 Fuente de energía auxiliar, en particular una batería de arranque de un vehículo de motor L1 primera bobina del generador

L2 segunda bobina del generador

L3 tercera bobina del generador

L4 Bobina de excitación

U_errVoltaje de excitación

I_l1 Primera corriente de línea

IL2 Segunda corriente de línea

IL3 Tercera corriente de línea

U_l12 Primer voltaje de línea

U_l23 Segundo voltaje de línea

U_l13 Tercer voltaje de línea

U_l32 Cuarto voltaje de línea

U_busVoltaje de bus

|Last Corriente de carga

SI, s i 1, s i " Señal, en particular de la velocidad de rotación o de un conjunto, que comprende un valor para una velocidad de rotación del eje del generador

S2, S2I Señal, en particular de la carga o la corriente que se extrae

S3 Señal, en particular la medida angular o la frecuencia PWM

S4 Señal, en particular una cantidad calculada para un voltaje instantáneo

t i Primer tiempo de conmutación

t2 Segundo tiempo de conmutación

tn1, tn2, tn3, tn4, tn5, tn6 Tiempo, en particular de un voltaje instantáneo aplicado

fB Rango de frecuencia

n Velocidad

nM Velocidad instantánea, especialmente del generador

ni Velocidad, en particular la primera velocidad del generador

n2 La velocidad, en particular la segunda velocidad del generador

fA Frecuencia de accionamiento

tB1 Punto de conmutación, especialmente el primer punto de conmutación

tB2 Punto de conmutación, especialmente el segundo punto de conmutación

B Factor de potencia

B1, B11 Factor de potencia, especialmente el primer factor de potencia

B2, B21 Factor de potencia, especialmente el segundo factor de potencia

B3, B31 Factor de potencia, especialmente el tercer factor de potencia

B4, B41 Factor de potencia, especialmente el cuarto factor de potencia

B5, B51 Factor de potencia, especialmente el quinto factor de potencia

B6, B61 Factor de potencia, especialmente el sexto factor de potencia

B71 Factor de potencia, especialmente el séptimo factor de potencia

B6 Rectificador de seis puentes

Umi Voltaje instantáneo, especialmente el primer voltaje instantáneo

Um2 Voltaje instantáneo, en particular el segundo voltaje instantáneo

Um3 Voltaje instantáneo, especialmente el tercer voltaje instantáneo

Um4 Voltaje instantáneo, en particular el cuarto voltaje instantáneo

UdCsoll Punto de ajuste del voltaje de corriente continua

Uz Voltaje intermedio

P Potencia

P1 Primer punto de control

P2 segundo punto de control

PHiPerGen Potencia o característica de una realización particularmente ventajosa de la invención PPrior Característica de potencia, especialmente sin optimización según la invención

tD Conmutación, en una fase o momento determinado de una conmutación

ts Bloqueo, en una etapa o tiempo determinado de un bloqueo

T1, T1I,T2, T2I, T3, T3I, Interruptor, especialmente el canal N MOS-FET

T4, T4I, T5, T5I, T6 , T6I

D1, D2, D3, D4, D5 Diodo

D6

R1, R1I, R2, R2I, R3 Resistencia, en particular la resistencia piloto antes de una puerta de un interruptor T1, T1I, T2, R3I, R4, R4I, R5, R5I T2I, T3, T3I, T4, T4I, T5, T5I, T6, T6I

R6, R6I

a Dimensión angular

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para el funcionamiento, en particular con optimización de la potencia, de un generador (3, 103) con un convertidor de impulso (5, 105) con interruptores de corriente (7, 7I, 107),

con un controlador (11, 111) y

con un dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua (45, 145), por ejemplo, un circuito intermedio de corriente continua (147) o un elemento de almacenamiento de corriente continua, caracterizado por que

el procedimiento como mínimo funciona con una optimización, donde:

a) el controlador (11, 111) está configurado para formar una pluralidad de factores de potencia (B, B1, B2, B3, B4, B5, B6), que comprende las etapas:

a1) Determinar de los voltajes instantáneos (Um-i, Um2, Um3, Um4),

que pueden determinarse a partir de un voltaje del generador (Uli2, Ul23, Uli3) que puede variar a lo largo del tiempo y en diferentes momentos (tni, tn2, tn3, tn4, tn5, tna) mediante la determinación de una posición angular del generador (3, 103) y la determinación o el cálculo del voltaje instantáneo asociado (Um1, Um2, Um3, Um4);

a2) Determinar los puntos de control de los interruptores de corriente (7, 7', 107) a partir de los voltajes instantáneos (UM1 , UM2 , UM3 , UM4 ) como una variable calculada (S4),

a3) Formar o determinar los factores de potencia (B, B1, B2, B3, B4, B5, B6) que pueden ser variados a lo largo del tiempo y que pueden ser determinados a partir de los voltajes de los generadores (UL12, UL23, UL13) que pueden ser variados a lo largo del tiempo,

a4) Control de los interruptores de corriente (7, 7', l07) en los puntos de control en función de los factores de potencia.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el convertidor de impulso (5, 105) es un convertidor de impulso (5, 105) cuyos tiempos de conmutación (to) pueden ser variados por modulación de anchura de pulso y que es accionado en un rango de frecuencias (fe) por una etapa de accionamiento (15, 115), donde una frecuencia de accionamiento (fA) varía en función de una velocidad de rotación (n, nM, n i, n2) del generador (3, 103), donde se sigue una proporcionalidad continua, en particular lineal, entre la velocidad de rotación (n, nM, ni, n2) y la frecuencia de accionamiento (fA), que se adapta mediante un salto discontinuo cuando se alcanza al menos un punto de conmutación (tei, tB2), en particular en el caso de una transición de una primera velocidad de rotación inferior (ni) a una segunda velocidad de rotación superior (n2) del generador (3, 103), se reduce la frecuencia de accionamiento (fA).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la determinación de los voltajes instantáneos (U^mi, U^m2, U^m3, U^m4) comprende las etapas siguientes mediante la determinación de una posición angular del generador (3, 103):

a) Medición de la posición angular del generador (3, 103) con un disco generador;

b) Cálculo del valor del ángulo en un valor de voltaje del voltaje instantáneo (U^mi, U^m2, U^m3, U^m4); y/o c) Determinación del valor del voltaje instantáneo (U^mi, U^m2, U^m3, U^m4) a partir de una tabla.

4. Procedimiento de control de un generador (3, 103) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la frecuencia de accionamiento (fA), en particular siempre, es decir a todas las velocidades (n, nM, ni, n2) del generador (3, 103), es mayor en frecuencia que una velocidad instantánea (nM) del generador (3, 103), como resultado de lo cual una corriente de carga con huecos (Last) puede ser suministrada preferentemente a una carga (63, 163), en particular de manera polifásica, que en particular tiene un perfil de tipo sinusoidal.

5. Procedimiento de control de un generador (3, 103) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el control (11, 111) se realiza con la ayuda de una unidad de control (9, 109), la unidad de control (9, 109) controla (11, 111), en función de una velocidad (n, nM, ni, n2) como la velocidad instantánea (nM) del generador (3, 103), los interruptores de corriente (7, 7', 107), en particular, al menos dos MOS-FET de tipo de mejora de canal N (Ti, T1i,T2, T21, T3, T31, T4, T41, T5, T51, T6, T61) del convertidor de impulso (5, 105), y en particular el dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua (45, 145) o una fuente de energía auxiliar (81) como una batería de arranque suministra energía mediante un voltaje de excitación (U^err) para la excitación del generador (3, 103), y preferentemente el controlador (11, 111) forma los factores de potencia (B, B1, B2, B3, B4, B5, B6) durante el curso de una forma de onda de voltaje originada por el generador (3, 103).

6. Procedimiento de control de un generador (3, 103) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se adaptan las fases con un tiempo conmutación (to, t i , t2), en particular el interruptor de corriente (7, 71, 107), mientras que un tiempo total, formado por fases que tienen un tiempo de bloqueo (ts), en particular el interruptor de corriente (7, 71, Í07), y por fases que tienen un tiempo de conmutación (to, t i , t2) se mantienen constantes, preferentemente una relación de las fases correspondientes al factor de potencia (B, B1, B2, B3, B4, B5, B6).

7. Dispositivo (1, 101) para la generación de energía eléctrica, que comprende un generador eléctrico (3, 103), que en particular puede ser excitado eléctricamente, y que tiene un convertidor de impulso, en particular electrónico (5, 105), en particular un convertidor elevador multifásico y que tiene una unidad de control (9, 109) que está diseñada para el accionamiento, en función de una velocidad de rotación (n, nM, n1, n2) del generador (3, 103), de un controlador (11, 111) de los interruptores de corriente (7, 7I, 107) del convertidor elevador (5, 105), con un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones que se lleva a cabo con la ayuda de la unidad de control (9, 109), donde un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 funciona en el dispositivo (1, 101), y con un dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua (45, 145), como un circuito intermedio de corriente continua (147) o un elemento de almacenamiento de corriente continua, del cual, en particular, se puede obtener un voltaje de excitación variable (Uerr) para el generador (3, 103), y/o con una fuente de energía auxiliar como una batería de arranque para un voltaje de excitación (Uerr) del generador (3, 103),

caracterizado por que

el controlador (11, 111) comprende ambas configuraciones:

a) una configuración para la formación de varios factores de potencia (B, B1, B2, B3, B4, B5, B6), donde los voltajes instantáneos (Um-i, Um2, Um3, Um4),

que pueden determinarse a partir de un voltaje del generador (Uli2, Uli3, Ul23, Ul32) que pueden determinarse ^{a partir de un voltaje del generador (tni, tn}2^{, tn3, tn}4^{, tn}5^{, tna),}

sirven como variable de cálculo para determinar los puntos de accionamiento de los interruptores de corriente (7, 71, 107) y conducen a los factores de potencia (B, B1, B2, B3, B4, B5, B6) que pueden variarse a lo largo del tiempo y

b) el controlador (11, 111) está diseñado para controlar el convertidor elevador (5, 105), donde el convertidor elevador (5, 105) es un convertidor elevador (5, 105) cuyos tiempos de conmutación (to) pueden ser variados por medio de una modulación de ancho de pulso que puede ser impulsado en un rango de frecuencia (fe) por una etapa de conducción (15, 115),

la frecuencia de accionamiento (fA) es variable en función de la velocidad de rotación (n, nM, ni, n2) del generador (3, 103), donde se sigue una proporcionalidad continua, en particular lineal, entre la velocidad de rotación (n, nM, ni, n2) y la frecuencia de accionamiento (fA), que se adapta mediante un salto discontinuo ^{cuando se alcance al menos un punto de conmutación (tei, tB}2^{) en particular cuando haya una transición de una}primera velocidad inferior (ni) a una segunda velocidad superior (n2) del generador (3, 103) la frecuencia de accionamiento (fA) se reduce.

8. Dispositivo (1, 101) según la reivindicación 7, caracterizado por que el generador (3, 103) es un generador de polos en forma de garra, en particular con al menos 12 polos, es decir, 6 pares de polos, y/o por que los interruptores de corriente (7, 71, 107) son interruptores de corriente que pueden ser controlados de manera modulada en la amplitud de los impulsos.

9. Dispositivo (1, 101) según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado por que el voltaje instantáneo respectivo (Umi, Um2, Um3, Um4) puede determinarse a partir de un conjunto de tablas en una unidad de cálculo (35, 135) del controlador (11, 111) mediante un disco generador (59) que indica las posiciones angulares (a).

10. Dispositivo (1, 101) según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que el controlador (11, 111) comprende una etapa de conducción (15, 115) diseñada para frecuencias (fe) que son múltiplo de una frecuencia de rotación del generador, en particular también en un modo de ralentí del generador (3, 103).

11. Dispositivo (1, 101) según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por que el convertidor elevador (5, 105) está libre de inductancia, con cuya ayuda se puede realizar un aumento de voltaje (Udcsoll) utilizando bobinas de generador (L1, L2, L3) como elementos de almacenamiento de energía eléctrica, y/o por que el convertidor elevador (5, 105) es un convertidor elevador multifásico, en particular al menos trifásico.

12. Dispositivo (1, 101) según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado por que el dispositivo de almacenamiento de energía de corriente continua (45, 145) va seguido de un inversor sinusoidal (151) al que se puede conectar una carga (63, 163) o al que se conecta una fuente de energía de corriente continua como un acumulador.

13. Dispositivo (1, 101) según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado por que el controlador (11, 111) tiene una entrada (21, 121) para el voltaje de excitación (Uerr), en particular en paralelo con una bobina de excitación (L4) del generador (3, 103).

14. Dispositivo (1, 101) según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado por que al menos uno de un filtro EMC (43, 143), que filtra los armónicos en particular, o un rectificador de diodos (49, 149), en particular un rectificador de diodos polifásicos, se interpone entre las líneas de voltaje del generador (3, 103) y el convertidor elevador (5, 105).

15. Dispositivo (1, 101) según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14, caracterizado por que un protector contra sobretensiones (17, 117) y/o un limitador de corriente de línea (19, 119) está integrado en el controlador (11, 111).

Ċ