ES2907111T3

ES2907111T3 - Disposición de circuito intermedio e inversor

Info

Publication number: ES2907111T3
Application number: ES19739991T
Authority: ES
Inventors: Zoltan Klausz; Ralf Harbusch
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2022-04-21
Anticipated expiration: 2039-07-15
Also published as: CN112586100A; JP2021534710A; JP7101867B2; WO2020030383A1; EP3834591A1; CN112586100B; DE202018104586U1; US20210153352A1; EP3834591B1; US11395407B2

Abstract

Disposición de circuito intermedio (1) que comprende: - una primera y una segunda pletinas parciales (2) constructivamente idénticas, con una conexión en serie de al menos dos baterías de condensadores (3), teniendo cada una de las pletinas parciales (2) una regleta de terminales (4) con, en cada caso, un terminal positivo de circuito intermedio, un terminal negativo de circuito intermedio, un terminal central, una pletina de conexión (10) para conectar eléctricamente los respectivos terminales de las regletas (4) de terminales de ambas pletinas parciales (2) entre sí, caracterizada porque la pletina de conexión (10) es una pletina multicapa con dos capas metálicas exteriores (13) y al menos dos capas metálicas interiores (14, 15) dispuestas entre las capas metálicas exteriores (13), teniendo las capas metálicas exteriores (13) una conexión eléctrica en cada caso entre los terminales correspondientes de las regletas de terminales (4) de las dos pletinas parciales (2), y en donde al menos una primera capa metálica (14) de las capas metálicas interiores tiene una sola conexión eléctrica de los terminales positivos del circuito intermedio de las dos pletinas parciales (2) y al menos una segunda capa metálica (15) de las capas metálicas interiores tiene una sola conexión eléctrica de los terminales negativos del circuito intermedio de las dos pletinas parciales (2).

Description

DESCRIPCIÓN

Disposición de circuito intermedio e inversor

La invención se refiere a una disposición de circuito intermedio y a un inversor con una disposición de circuito intermedio de este tipo.

Los circuitos intermedios se encuentran regularmente en el lado de entrada de un puente de inversor como acumuladores de energía a corto plazo para la potencia eléctrica que se va a convertir en un inversor. Están formados por condensadores o baterías de condensadores, respectivamente, que se disponen entre un terminal de circuito intermedio positivo y un terminal de circuito intermedio negativo. Para conseguir los valores de capacidad necesarios, se conectan en paralelo un gran número de condensadores individuales o incluso una pluralidad de baterías de condensadores. Las baterías de condensadores pueden estar dispuestas, a este respecto, sobre diferentes placas de circuitos impresos.

Precisamente en los puentes de inversores multinivel, se conectan en este caso en serie además varias baterías de condensadores. Los puntos de conexión entre las baterías de condensadores conectadas en serie proporcionan entonces valores intermedios de la tensión de entrada. Normalmente, se conectan en este caso dos, tres o incluso cuatro baterías de condensadores en serie para proporcionar una, dos o tres valores de tensión adicionales para el puente de inversor multinivel, además de la tensión de circuito intermedio positiva y negativa.

El documento US 2018/0116065 A1 describe un dispositivo electrónico de potencia con una disposición de circuito intermedio, que comprende una estructura de bus apantallada. La estructura de bus apantallada sirve para evitar la radiación de interferencias electromagnéticas, que están causadas por un puente de sincronización rápida del dispositivo electrónico de potencia.

En el documento WO 2018/091021 A1 se divulga una estructura de bus formada por una pila de chapas. La pila de chapas está formada por piezas estampadas, preferiblemente configuradas como piezas idénticas, en donde una chapa, que está conectada a un polo positivo, está dispuesta alternativamente sobre una chapa conectada a un polo negativo, en donde las dos chapas están separadas eléctricamente entre sí por un aislamiento. La estructura de bus puede estar formada como un elemento angular que conecta eléctricamente dos pletinas, por ejemplo un módulo de condensadores a un módulo de potencia.

Dado que fluyen corrientes parciamente elevadas a través de los distintos terminales de una disposición de circuito intermedio descrita anteriormente, se requiere una tecnología de conexión compleja para la disposición de circuito intermedio. Al mismo tiempo, es deseable que las baterías de condensadores, que están dispuestas sobre diferentes placas de circuitos impresos, puedan diseñarse de la forma constructiva más idéntica posible para mantener reducido el número de componentes diferentes en un inversor.

En consecuencia, la tarea de la presente invención consiste en divulgar una disposición de circuito intermedio o un inversor, respectivamente, en los que unas pletinas parciales diseñadas constructivamente idénticamente con baterías de condensadores pueden conectarse entre sí y a otros componentes de un dispositivo eléctrico, en particular de un inversor, con poca complejidad y baja impedancia.

Esta tarea se resuelve mediante una disposición de circuito intermedio con las características de la reivindicación independiente 1. En las reivindicaciones dependientes se describen unas formas de realización preferidas de la disposición de circuito intermedio. La tarea se resuelve además mediante un inversor con una disposición de circuito intermedio de este tipo según la reivindicación 8, en donde unas formas de realización preferidas del inversor se describen en las reivindicaciones que hacen referencia a la reivindicación 8.

Una disposición de circuito intermedio según la invención comprende una primera y una segunda pletinas parciales construidas de forma idéntica con una conexión en serie de al menos dos baterías de capacitancia, teniendo cada una de las pletinas parciales una regleta de terminales con, en cada caso, un terminal de circuito intermedio positivo, un terminal de circuito intermedio negativo y un terminal central. Una pletina de conexión para conectar eléctricamente entre sí los terminales respectivos de las regletas de terminales de ambas pletinas parciales está configurada como una pletina multicapa con dos capas metálicas externas y al menos dos capas metálicas internas dispuestas entre las capas metálicas externas, teniendo las capas metálicas externas una conexión eléctrica en cada caso entre los terminales correspondientes de las regletas de terminales de las dos pletinas parciales, y teniendo al menos una primera capa metálica de las capas metálicas interiores sólo una conexión eléctrica de los terminales de circuito intermedio positivos de las dos pletinas parciales y al menos una segunda capa metálica de las capas metálicas interiores sólo una conexión eléctrica de los terminales de circuito intermedio negativos de las dos pletinas parciales.

Las pletinas parciales tienen preferiblemente una conexión en serie de cuatro baterías de capacitancia, y sus regletas de terminales tienen además un medio terminal positivo y un medio terminal negativo, teniendo además las capas metálicas exteriores una conexión eléctrica respectivamente entre los medios terminales positivos y entre los medios terminales negativos de las dos pletinas parciales. La división en cuatro baterías de capacitancias permite, por un lado, utilizar condensadores con una tensión máxima admisible más baja y, por otro lado, conectar puentes de inversores con más niveles de tensión, por ejemplo, en este caso un puente de inversor de 5 niveles, a un circuito intermedio formado por la conexión en serie.

Ventajosamente, las pletinas de conexión tienen superficies de contacto eléctricas con talados, a través de los cuales la pletina de conexión puede atornillarse a los taladros correspondientes en las superficies de contacto de las regletas de terminales de las pletinas parciales y, por lo tanto, puede entrar en contacto eléctrico con ellas. Esta técnica de conexión ha demostrado ser poco complicada y fiable, con una gran capacidad de transporte de corriente, en la fabricación.

La unión a rosca de la pletina de conexión puede servir adicionalmente para sujetar la disposición de circuito intermedio en una carcasa o en una placa de circuitos impresos con las respectivas pletinas parciales. En este caso, la unión a rosca de la disposición de circuito intermedio puede realizarse con una rosca hecha de material eléctricamente aislante, por ejemplo, plástico, que se fija firmemente en la carcasa. Por supuesto, no se excluye una sujeción adicional de la disposición de circuito intermedio en otros puntos de la carcasa.

Además de esto, unas líneas de conexión para una fuente de tensión pueden atornillarse mediante terminales de cable al menos al terminal positivo y al negativo del circuito intermedio.

En una configuración preferida, cada una de las dos pletinas parciales tiene una regleta de terminales (4) en lados opuestos, que están en particular dispuestos a la misma altura entre sí. De este modo, la conexión eléctrica entre los terminales individuales de las pletinas parciales dispuestas unas al lado de las otras puede realizarse a través de la pletina de conexión a través de una distancia especialmente corta y, por tanto, con una impedancia especialmente baja. De este modo, quedan las regletas de terminales no utilizadas de las dos pletinas parciales.

En una forma de realización particularmente ventajosa, las pletinas parciales comprenden además al menos un circuito de puente, cuyos terminales de entrada están conectados a los terminales de circuito intermedio de la pletina parcial. Por ejemplo, se pueden disponer respectivamente tres circuitos de puente en una pletina parcial, cuyas salidas de puente forman respectivamente terminales de fase para la conexión a una red de corriente alterna trifásica. Por supuesto, una disposición de circuito intermedio según la invención también puede no tener circuitos de puente en las pletinas parciales.

En otra forma de realización ventajosa, la pletina de conexión comprende una pluralidad de capas metálicas internas dispuestas adyacentes entre sí, a través de las cuales se interconectan los terminales de circuito intermedio positivos de las dos pletinas parciales. De forma correspondiente, los terminales de circuito intermedio negativos de las dos pletinas parciales también pueden conectarse entre sí a través de una pluralidad de capas metálicas internas, que también están dispuestas adyacentes entre sí. Esta disposición agrupada permite conseguir una conexión ventajosamente de baja impedancia entre las pletinas parciales.

En una forma de realización particularmente ventajosa, un inversor comprende una disposición de circuito intermedio descrita anteriormente. En esta forma de realización, cada una de las pletinas parciales puede tener al menos un circuito de puente, particularmente preferiblemente cada pletina parcial tiene exactamente tres circuitos de puente. Cada una de las salidas de estos circuitos de puente forma un terminal de fase para conectarse a una red de tensión alterna.

En el caso de tres circuitos de puente por pletina parcial, es ventajoso asignar dos de los circuitos de puente de cada pletina parcial a una fase común de una salida de tensión alterna trifásica. Los dos terminales de fase individuales restantes de ambas pletinas parciales, preferiblemente los terminales de fase de las dos pletinas parciales que tienen la menor distancia entre sí, es decir, los terminales de fase interiores, se combinan entonces para formar la tercera fase común de la salida de tensión alterna. De esta manera, las salidas trifásicas pueden ser fácilmente encaminadas separadas espacialmente unas de otras en la carcasa y conectadas a otros componentes como inductores de red.

La invención se ilustra a continuación con la ayuda de figuras, de las cuales muestran

la Fig. 1 una forma de realización de una pletina parcial de una disposición de circuito intermedio según la invención,

la Fig. 2 una forma de realización de una disposición de circuito intermedio según la invención; y la Fig. 3 una sección transversal a través de una pletina de conexión de una disposición de circuito intermedio según la invención.

La Fig. 1 muestra una pletina parcial 1 para la construcción de una disposición de circuito intermedio según la invención. La pletina parcial tiene un gran número de condensadores 5, que se combinan para formar baterías de capacidades 3 conectadas en serie. Las baterías de condensadores 3 sirven como circuito intermedio del lado de entrada para uno o más puentes de inversores, por ejemplo, que están dispuestos en forma de módulos de potencia 6 sobre la pletina parcial 2. En el lado de salida, los puentes de inversores en esta forma de realización están conectados cada uno, a través de unos sensores de corriente 7, a los terminales de fase 9 asignados a los puentes de inversores. Una unidad de control 8 controla los módulos de potencia 6 durante el funcionamiento y recibe las señales de medición de los sensores de corriente 7.

En los lados opuestos de la pletina parcial 2, se han dispuesto unas regletas de terminales 4 que están conectadas eléctricamente a los terminales de las baterías de capacidades 3. En el caso de dos baterías de capacidades conectadas en serie 3, la regleta de terminales 4 comprende tres contactos de terminales, cada uno de los cuales tiene un taladro central y de los cuales un contacto de terminal está conectado a uno de los dos terminales extremos de la conexión en serie de las baterías de capacidades y un contacto de terminal está conectado al punto medio de la conexión en serie. Si la conexión en serie tiene más de dos baterías de condensadores, la regleta de terminales4 comprende de forma correspondiente más contactos terminales, cada uno de los cuales está conectado eléctricamente a los otros puntos intermedios entre las baterías de condensadores. De esta manera con una conexión en serie de cuatro baterías de condensadores 3, se necesitan entonces cinco contactos de terminales en la regleta de terminales 4. Por lo tanto, los dos contactos de terminales opcionales adicionales se han dibujado sombreados.

Las regletas de terminales 4 están dispuestas en los lados opuestos de la pletina parcial 2 a la misma altura y a lo largo de un eje de alineación, de modo que los contactos de terminales de dos pletinas parciales 2 dispuestas una al lado de la otra pueden conectarse eléctricamente con facilidad entre sí y, por ejemplo, a una fuente de tensión a través de una pletina de conexión. Por supuesto, también son concebibles otras disposiciones, por ejemplo, una disposición desplazada de las superficies de contacto.

En la Fig. 2 se muestra una disposición de circuito intermedio 1 de este tipo. Las regletas de terminales 4 opuestas entre sí de dos pletinas parciales 2 están cubiertas por una pletina de conexión 10, cuyos contactos de terminales están situados alineados por encima de los contactos de terminales de las dos pletinas parciales 2. Esto permite, por ejemplo, guiar unos tornillos a través de los taladros alineados de la pletina de conexión 10 y de la pletina parcial 2, de modo que las superficies de contacto de los contactos de terminales de la pletina de conexión 10 y de la pletina parcial 2 se presionen entre sí mediante la unión a rosca y establezcan un contacto eléctrico fiable. Los tornillos también pueden utilizarse para atornillar y conectar eléctricamente los terminales de los cables a los contactos de terminales, de modo que, por ejemplo, una fuente de tensión como un generador fotovoltaico pueda conectarse a las pletinas parciales 2 mediante cables. Simbólicamente, se muestran dos cables de conexión para los terminales DC+, DC- de la fuente de tensión. Los tornillos también pueden enroscarse en este caso en una rosca aislante eléctricamente, por ejemplo, en donde la rosca está firmemente conectada a una carcasa. De este modo, se puede obtener al mismo tiempo una función de retención para toda la disposición del circuito intermedio.

Asimismo, la Fig. 2 muestra a modo de ejemplo una disposición de cuatro baterías de capacidades conectadas en serie 3, así como un puente de inversor NPC como módulo de potencia 6. Por supuesto, también se pueden utilizar otras topologías de puente de inversor. Las salidas de puente de los módulos de potencia 6 están conectadas aquí inicialmente, cada una de ellas, a través de un primer terminal AC a un terminal de un inductor 20 que forma parte de un filtro de red, que no está dispuesto sobre las pletinas parciales por razones de espacio, cuyo otro terminal está a su vez conectado a un segundo terminal AC asociado. El segundo terminal AC está conectado a su vez, a través de un sensor de corriente 7, a un terminal de fase 9 asociado al respectivo puente de inversor 6. Un condensador 21 dispuesto sobre la pletina parcial se ramifica además respectivamente de esta conexión como una parte adicional del filtro de red. Los condensadores 21 están conectados a un terminal conjuntamente con el punto medio del circuito en serie de la disposición de circuito intermedio.

Los terminales de fase de las dos pletinas parciales 2 se combinan para la conexión a una red trifásica con las fases L1, L2 y L3 de tal manera, que en cada caso dos terminales de fase de una pletina parcial 2 forman una fase L1, L3 y sólo la fase L2 está formada por terminales de fase de ambas pletinas parciales 2. En las fases L1, L2, L3 pueden integrarse inductores adicionales como componentes de filtro de red (no mostrados).

Una disposición estructural de la pletina de conexión 10 se muestra con mayor detalle en la Fig. 3, en donde la Fig. 3a muestra una sección transversal a través de una pletina de conexión 10, mientras que las Figs. 3b, 3c y 3d muestran la estructura de diferentes capas metálicas dentro de la pletina de conexión 10.

En este caso, la línea de conexión 10 está estructurada como una placa de circuitos impresos multicapa, que tiene dos capas metálicas exteriores 13 en lados exteriores opuestos de la placa de circuitos impresos, y una pluralidad de capas metálicas interiores 14, 15. Las capas metálicas exteriores 13 tienen unas superficies de contacto 12, en el centro de cada una de las cuales termina un taladro que se extiende por todo el grosor de la placa de circuitos impresos. Cada una de las capas metálicas interiores está conectada eléctricamente a las superficies de contacto 12, al menos en la zona comprendida entre las superficies de contacto 12 de los dos lados exteriores, ya sea a través de un revestimiento conductor del taladro o a través de vías no mostradas que se extienden entre las capas metálicas.

La Fig. 3c muestra una estructura de la capa metálica exterior 13. En este caso, entre las superficies de contacto opuestas 12, que están asignadas a terminales del mismo tipo de la regleta de terminales 4 de las dos pletinas parciales, se extiende en cada caso un conductor impreso, que conecta las dos superficies de contacto entre sí. Esta estructura se utiliza para las dos capas metálicas exteriores 13.

Dado que las superficies de contacto asignadas a los puntos extremos de la conexión en serie de las baterías de condensadores suelen tener que presentar la mayor capacidad de transporte de corriente, porque la fuente de tensión se conecta aquí, los conductores impresos de la capa metálica exterior no son suficientes para conducir de forma fiable y permanente las corrientes que se producen durante el funcionamiento. Por lo tanto, en las capas metálicas interiores 14, 15 se prevén otros conductores impresos para conectar los correspondientes contactos de terminales 12. Una primera capa metálica 14 se muestra en la Fig. 3b y a este respecto sólo tiene una estructura de conductor impreso, que conecta eléctricamente dos superficies de contacto opuestas entre sí, que se asignan a uno de los terminales de la fuente de tensión. Esta estructura de conductor impreso ocupa el mayor espacio posible dentro de la capa metálica 14, para proporcionar un conductor impreso entre las superficies de contacto con la máxima capacidad de transporte de corriente. Las demás superficies de contacto permanecen aquí desconectadas. De forma correspondiente, una segunda capa metálica 15 mostrada en la Fig. 3d tiene sólo una estructura de conductor impreso que conecta eléctricamente dos superficies de contacto opuestas, que están asociadas con el otro terminal de la fuente de tensión. Esta estructura de conductor impreso también ocupa el mayor espacio posible dentro de la capa metálica 15, para proporcionar un conductor impreso entre las superficies de contacto con la máxima capacidad de transporte de corriente.

Dentro de la placa de circuitos impresos multicapa, se disponen tantas primeras capas metálicas 14 del mismo tipo directamente adyacentes entre sí, que la capacidad de transporte de corriente de la disposición es suficiente para la corriente máxima admisible de la fuente de tensión. Las segundas capas metálicas 15 también están dispuestas directamente adyacentes entre sí y en el mismo número. De este modo, se crea una pletina de conexión 10 con una impedancia ventajosamente baja.

El experto entiende que la secuencia y la disposición de las superficies de contacto 12 dentro de la pletina de conexión 10 o de las regletas de terminales 4 de las pletinas parciales 2 también pueden configurarse de forma diferente a la mostrada aquí a modo de ejemplo.

LISTA DE SÍMBOLOS DE REFERENCIA

1 Disposición de circuito intermedio

2 Pletina parcial

3 Batería de capacidades

4 Regleta de terminales

5 Condensador

6 Módulo de potencia

7 Sensor de corriente

8 Unidad de control

9 Terminal de fase

10 Terminal de conexión

11 Taladro

12 Superficie de contacto

13 Capa metálica

14 Capa metálica

15 Capa metálica

Inductor Condensador

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Disposición de circuito intermedio (1) que comprende:

- una primera y una segunda pletinas parciales (2) constructivamente idénticas, con una conexión en serie de al menos dos baterías de condensadores (3), teniendo cada una de las pletinas parciales (2) una regleta de terminales (4) con, en cada caso, un terminal positivo de circuito intermedio, un terminal negativo de circuito intermedio, un terminal central,

una pletina de conexión (10) para conectar eléctricamente los respectivos terminales de las regletas (4) de terminales de ambas pletinas parciales (2) entre sí, caracterizada porque

la pletina de conexión (10) es una pletina multicapa con dos capas metálicas exteriores (13) y al menos dos capas metálicas interiores (14, 15) dispuestas entre las capas metálicas exteriores (13), teniendo las capas metálicas exteriores (13) una conexión eléctrica en cada caso entre los terminales correspondientes de las regletas de terminales (4) de las dos pletinas parciales (2), y

en donde al menos una primera capa metálica (14) de las capas metálicas interiores tiene una sola conexión eléctrica de los terminales positivos del circuito intermedio de las dos pletinas parciales (2) y al menos una segunda capa metálica (15) de las capas metálicas interiores tiene una sola conexión eléctrica de los terminales negativos del circuito intermedio de las dos pletinas parciales (2).

2. - Disposición de circuito intermedio (1) según la reivindicación 1, en donde las pletinas parciales (2) comprenden una conexión en serie de cuatro baterías de capacitancias (3), y sus regletas de terminales (4) además un medio terminal positivo y un medio terminal negativo, y en donde las capas metálicas exteriores (13) comprenden además una conexión eléctrica respectivamente entre los medios terminales positivos y entre los medios terminales negativos de las dos pletinas parciales (2).

3. - Disposición de circuito intermedio (1) según la reivindicación 1 ó 2, en donde la pletina de conexión (10) tiene superficies de contacto eléctricas (12) con taladros (11), a través de los cuales la pletina de conexión (10) puede atornillarse respectivamente a las pletinas parciales (2) y, por tanto, puede ponerse en contacto eléctricamente.

4. - Disposición de circuito intermedio (1) según la reivindicación 3, en donde una unión roscada de la pletina de conexión (10) a las respectivas pletinas parciales (2) sirve adicionalmente para sujetar la disposición de circuito intermedio (1) en una carcasa o sobre una placa de circuitos impresos.

5. - Disposición de circuito intermedio (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde una regleta de terminales (4) está dispuesta en los lados opuestos de cada una de las dos pletinas parciales (2), en particular a la misma altura la una de la otra.

6. - Disposición de circuito intermedio (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde las pletinas parciales (2) comprenden además al menos un circuito de puente, cuyos terminales de entrada están conectados a los terminales de circuito intermedio de la pletina parcial.

7. - Disposición de circuito intermedio (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde en cada caso unos terminales de cable con líneas de conexión se atornillan al menos al terminal de circuito intermedio positivo y al negativo.

8. - Disposición de circuito intermedio (1) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la pletina de conexión (10) comprende una pluralidad de capas metálicas interiores (14, 15) dispuestas de forma adyacente entre sí, y a través de las cuales se interconectan los terminales positivos de circuito intermedio de las dos pletinas parciales.

9. - Inversor con una disposición de circuito intermedio (1) según una de las reivindicaciones anteriores.

10. - Inversor según la reivindicación 9, en donde las pletinas parciales (2) comprenden cada una de ellas al menos un circuito de puente.

11. - Inversor según la reivindicación 9, en donde las pletinas parciales (2) tienen cada una exactamente tres circuitos de puente.

12. - Inversor según la reivindicación 11, en donde sobre cada pletina parcial (2) dos de los circuitos de puente están asignados respectivamente a una fase común (L1, L2, L3) de una salida de tensión alterna trifásica.