ES2933051T3 - Procedimiento para hacer funcionar un circuito eléctrico - Google Patents
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Abstract
El método consiste en dotar a un circuito eléctrico de un convertidor de potencia trifásico (10), que incluye circuitos en serie (11-13) con cuatro transistores bipolares de puerta aislada (IGBT). El circuito eléctrico está provisto de condensadores (Cd1, Cd2), que están conectados en paralelo a los circuitos en serie. Una resistencia, es decir, una resistencia simétrica (Rsym), se conecta en paralelo a los IGBT intermedios del convertidor de potencia. Uno de los IGBT está conectado conductivamente. Se produce una corriente de descarga desde los condensadores a través del IGBT conectado conductivamente y la resistencia. El convertidor de potencia es un convertidor de potencia con abrazadera de punto neutro de tres niveles. También se incluye una reivindicación independiente para un circuito eléctrico. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para hacer funcionar un circuito eléctrico
La invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar un circuito eléctrico.
Por ejemplo por el documento US 5,465,202 se conoce un circuito eléctrico en el que se conectan en paralelo un convertidor de corriente y un condensador de circuito intermedio. Durante el funcionamiento del circuito, el condensador se carga con una corriente continua, que el convertidor de corriente convierte en una corriente alterna trifásica. Un circuito en serie que consta de una resistencia de descarga y un interruptor de descarga está conectado en paralelo con el condensador. Si se va a descargar el condensador, por ejemplo cuando se interrumpe el funcionamiento del circuito eléctrico, el interruptor de descarga se enciende conductivamente y el condensador del circuito intermedio se descarga a través de la resistencia de descarga.
Como puede verse, la resistencia de descarga y el interruptor de descarga son necesarios para descargar el condensador del circuito intermedio.
Por ejemplo por el documento DE 19829856 A1 se conocen los llamados convertidores corriente de tres puntos NPC (NPC = neutral point clamped).
El documento DE 19648948 C1 describe un circuito eléctrico según el preámbulo de la reivindicación 1.
El objeto de la invención es hacer funcionar un circuito eléctrico de tal manera que se requiera menos esfuerzo para descargar un condensador de circuito intermedio.
La invención resuelve este problema mediante un procedimiento para hacer funcionar un circuito eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1.
El al menos un componente semiconductor de potencia conectado conductivamente forma así un circuito de descarga con la resistencia o con las resistencias. Independientemente del número de resistencias, no es necesario incluir un interruptor de descarga adicional en el circuito eléctrico según la invención para conectar conductivamente el circuito de descarga.
Comparado con el estado de la técnica US 5,465,202 la ventaja de la invención es que no se requiere un interruptor de descarga separado para descargar el condensador de circuito intermedio, sino que en su lugar se usa al menos uno de los componentes semiconductores de potencia existentes del convertidor de corriente para conducir la corriente de descarga desde el condensador de circuito intermedio. Por lo tanto, se puede ahorrar el interruptor de descarga presente en el estado de la técnicar y reducirse el esfuerzo total.
Otra ventaja de la invención puede consistir en el hecho de que también se ahorra la resistencia de descarga separada presente en el estado de la técnica. Este es el caso cuando una resistencia que ya está presente en el convertidor de corriente se usa como resistencia de descarga.
Por lo tanto, está previsto preferentemente que la resistencia conectada en paralelo con los dos componentes semiconductores de potencia centrales sea lo que se conoce como resistencia de simetría. Tal resistencia de simetría está prevista para limitar la tensión en los dos componentes semiconductores de potencia centrales del convertidor de corriente. Mediante el uso de esta resistencia de simetría como resistencia de descarga, se puede ahorrar así la resistencia de descarga separada presente en el estado de la técnica y se puede reducir aún más el gasto.
La cuestión de cuál o cuáles de los componentes semiconductores de potencia se encienden conductivamente para generar una corriente de descarga depende del diseño del convertidor de corriente.
En un perfeccionamiento ventajoso de la invención, los dos componentes semiconductores de potencia exteriores se conectan conductivamente y de esta manera se genera una corriente de descarga desde el condensador a través de los dos componentes semiconductores de potencia exteriores y la resistencia.
En otro perfeccionamiento ventajoso de la invención, en el que hay dos condensadores conectados en serie y dos diodos están conectados en paralelo en direcciones opuestas con los dos componentes semiconductores de potencia centrales, cuyo punto de conexión está conectado con el punto de conexión de los dos condensadores, uno de los dos componentes semiconductores de potencia externos se conecta conductivamente y de esta forma se genera una corriente de descarga desde uno de los dos condensadores a través del componente semiconductor de potencia conectado conductivamente, la resistencia y uno de los dos diodos.
Otras características, posibles aplicaciones y ventajas de la invención resultan de la siguiente descripción de ejemplos de realización de la invención, que se ilustran en las figuras asociadas.
La figura 1 muestra un diagrama de circuito esquemático de un primer ejemplo de realización de un circuito eléctrico según la invención y la figura 2 muestra un diagrama de circuito esquemático de un segundo ejemplo de realización de un circuito eléctrico según la invención.
La figura 1 muestra un convertidor de corriente 10 que se proporciona para convertir una corriente continua en una corriente alterna o viceversa. En el presente ejemplo de realización, el convertidor de corriente 10 tiene un diseño trifásico, pero el convertidor de corriente 10 también podría tener un número diferente de fases. El convertidor de corriente 10 es, por ejemplo, un convertidor de corriente de tres etapas, concretamente un denominado convertidor de corriente NPC de 3 niveles (NPC = neutral point clamped). Sin embargo, se sobreentiende que en el convertidor de corriente 10 también se podría prever un número diferente de etapas. El convertidor de corriente 10 también podría tener un diseño de circuito diferente.
El convertidor de corriente 10 tiene un primer circuito en serie 11, que consiste en cuatro IGBT T1, T2, T3, T4 (IGBT = insulated gate bipolar transistor - transistor bipolar de puerta aislada) cada uno con diodos libres D1, D2, D3, D4 conectados en paralelo en direcciones opuestas. Dos diodos D5, D6 conectados en serie están conectados en paralelo en sentidos opuestos a los dos IGBT centrales T2, T3. Además, se conecta una resistencia en paralelo a los dos IGBT centrales T2, T3. Esta resistencia puede ser en particular lo que se conoce como resistencia de simetría Rsym.
Se indica que en lugar de los IGBT, el convertidor de corriente 10 también podría tener otros componentes semiconductores de potencia, por ejemplo tiristores, en particular tiristores GTO (GTO = gate turn off - desactivación de compuerta) o similares.
El circuito en serie 11 está conectado a un terminal de potencial positivo P(+) y a un terminal de potencial negativo M(-). El punto de conexión de los dos diodos D5, D6 está conectado a un terminal N(0) para un potencial cero. El punto de conexión de los dos IGBT centrales T2, T3 forma una conexión UR para una corriente alterna.
El convertidor de corriente 10 tiene un segundo circuito en serie 12 y un tercer circuito en serie 13 que están construidos de la misma manera que el primer circuito en serie 11 . Los tres circuitos en serie 11, 12, 13 están conectados en paralelo entre sí. En el segundo circuito en serie 12 el punto de conexión de los dos IGBT centrales forma una conexión US para una tensión alterna y en el tercer circuito en serie 13 el punto de conexión de los dos IGBT centrales forma una conexión UT para una tensión alterna.
Entre el terminal P (+)para un potencial positivo y el terminal N (0) para un potencial cero hay un primer condensador Cd1 y entre el terminal N(0) para un potencial cero y el terminal M(-) para un potencial negativo está dispuesto un segundo condensador Cd2. Los dos condensadores Cd1, Cd2 forman el llamado circuito intermedio.
Se señala que, al menos con respecto a los procedimientos explicados a continuación para descargar los dos condensadores Cd1, Cd2, también puede haber un solo condensador entre los dos terminales exteriores P(+), M(-), que luego forma el circuito intermedio.
Si el convertidor de corriente 10 funciona como un inversor, por ejemplo, entonces una primera tensión continua U1 se aplica al primer condensador Cd1 y una segunda tensión continua U2 se aplica al segundo condensador Cd2. De una forma no representada, está presente una fuente de tensión que suministra energía a los condensadores Cd1, Cd2 y, por lo tanto, genera o mantiene esencialmente las dos tensiones continuas U1, U2. La fuente de tensión puede ser, por ejemplo, una red de suministro de energía que esté acoplada a los dos condensadores Cd1, Cd2 a través de un rectificador.
Si el convertidor de corriente 10 funciona como inversor, como se supuso anteriormente, los IGBT de los tres circuitos en serie 11, 12, 13 son controlados por una unidad de control de tal manera que se puede tomar una tensión alterna trifásica Urst en los tres terminales UR, US, UT. Para este propósito, los IGBT de los tres circuitos en serie 11, 12, 13 son continuamente conectados de forma bloqueante y conductiva por el aparato de control. De esta manera, las tensiones continuas U1, U2 que se aplican a los dos condensadores Cd1, Cd2 son convertidas por el convertidor 10 en la tensión alterna Urst. Esta tensión alterna Urst puede actuar entonces sobre una carga, por ejemplo, un motor de accionamiento o similar.
Como se ha explicado, en cada uno de los tres circuitos en serie 11, 12, 13 del convertidor de corriente 10 hay una respectiva resistencia. En el presente ejemplo de realización, esta resistencia es la llamada resistencia de simetría Rsym. Esta resistencia de simetría Rsym está destinada a limitar la tensión en los dos IGBT centrales T2, T3.
Si, por ejemplo, los dos IGBT T1, T2 bloquean y los dos IGBT T3, T4 están conectados conductivamente, entonces la suma de las dos corrientes continuas U1, U2, la llamada tensión de circuito intermedio, se aplica a los dos IGBT T1 , T2. Si, por ejemplo, además, debido a las tolerancias de los componentes o similares, la caída de tensión en el IGBT T2 es significativamente mayor que la caída de tensión en el IGBT T1, entonces es posible, sin la resistencia de simetría Rsym, que se aplique una tensión al IGBT T2 que supera un valor predeterminado, por ejemplo, supera la mitad de la tensión del circuito intermedio.
Sin embargo, si está presente la resistencia de simetría Rsym, la tensión que se aplica al IGBT T2 puede limitarse a la mitad de la tensión del circuito intermedio mencionada a modo de ejemplo. Esto se debe al hecho de que en el caso descrito aquí, es decir, cuando los dos IGBT T1, T2 se bloquean y los dos IGBT T3, T4 están conectados conductivamente, la resistencia de simetría Rsym y el IGBT T2 forman un circuito paralelo, y quepor medio de una correspondiente selección del valor de resistencia de la resistencia de simetría Rsym, la tensión aplicada a este circuito paralelo se puede limitar a un valor deseado, por ejemplo a la mitad de la tensión del circuito intermedio.
Se señala expresamente que la resistencia conectada en paralelo con los dos IGBT medios T3, T4 no tiene por qué ser necesariamente la resistencia de simetría Rsym explicada anteriormente. También es posible que la resistencia esté presente para otro propósito o solo se proporcione para el propósito que se explica a continuación, es decir, solo para descargar los dos condensadores Cd1, Cd2 de acuerdo con los procedimientos que se describen a continuación.
Si se interrumpe o finaliza el funcionamiento del convertidor de corriente 10, entonces no se suministra más energía a los dos condensadores Cd1, Cd2. Los dos condensadores Cd1, Cd2 ahora se descargan usando al menos uno de los siguientes procedimientos.
Los dos IGBT T1, T4 están conectados conductivamente y los dos IGBT T2, T3 están bloqueados. La resistencia de simetría Rsym se conecta entonces en paralelo con los dos condensadores Cd1, Cd2. Por tanto, una corriente de descarga puede fluir a través de los dos IGBT T1, T4 y la resistencia de simetría Rsym.
Al menos el IGBT T1 está conectado conductivamente y los dos IGBT T3, T4 están bloqueados. La resistencia de simetría Rsym se conecta entonces en paralelo con el primer condensador Cd1 a través del diodo D6. Por lo tanto, una corriente de descarga puede fluir desde el primer condensador Cd1 a través del IGBT T1, la resistencia de simetría Rsym y el diodo D6.
Al menos el IGBT T4 está conectado conductivamente y los dos IGBT T1, T2 están bloqueados. La resistencia de simetría Rsym se conecta entonces en paralelo con el segundo condensador Cd2 a través del diodo D5. Por lo tanto, una corriente de descarga puede fluir desde el segundo condensador Cd2 a través del diodo D5, la resistencia de simetría Rsym y el IGBT T4.
No hace falta decir que los condensadores Cd1, Cd2 pueden descargarse individualmente a través de cada uno de los tres circuitos en serie 11, 12, 13 del convertidor de corriente 10. Por supuesto, la descarga también puede tener lugar simultáneamente a través de dos o los tres circuitos en serie.
Además, se entiende que en los dos últimos procedimientos descritos, primero se descarga el primer condensador Cd1 durante un período de tiempo predeterminado y luego se descarga el segundo condensador Cd2 durante un período de tiempo predeterminado. Por supuesto, el primer condensador Cd1 también puede descargarse completamente primero y luego el segundo condensador Cd2 también puede descargarse completamente.
Si los dos condensadores Cd1, Cd2 están conectados a una red de suministro de energía a través de un segundo convertidor de corriente y la tensión alterna Urst del convertidor de corriente 10 actúa sobre una carga, y si el segundo convertidor de corriente tiene esencialmente el mismo diseño que el convertidor de corriente 10 explicado, entonces con las dos últimas opciones descritas, uno de los dos condensadores Cd1, Cd2 puede descargarse a través del convertidor de corriente 10 del lado de la carga, por ejemplo, mientras que el otro de los dos condensadores Cd2, Cd1 puede descargarse a través del segundo convertidor de corriente del lado de la red.
Es evidente que los procedimientos explicados para descargar los condensadores del circuito intermedio también pueden realizarse de manera correspondiente en el caso de convertidores de corriente que tienen más de tres etapas.
Si, en un ejemplo fuera de la invención, se trata de un convertidor de corriente de cinco etapas con, por ejemplo, ocho IGBT conectados en serie por fase, es posible, por ejemplo, conectar una resistencia de descarga en paralelo con los cuatro IGBT centrales. En este caso, por ejemplo, los cuatro IGBT externos se pueden conectar conductivamente y de esta manera se puede generar una corriente de descarga desde el o los condensadores a través de los cuatro IGBT conductores y la resistencia de descarga. Eventualmente, la resistencia de descarga puede ser una resistencia de simetría que ya esté presente en el convertidor de corriente o una resistencia que ya esté presente en el convertidor de corriente por otras razones.
La figura 2 muestra un convertidor de corriente 20 que se proporciona para convertir una corriente continua en una corriente alternao viceversa. El convertidor de corriente 20 de la figura 2 corresponde en gran medida al convertidor de corriente 10 de la figura 1. Por lo tanto, los componentes coincidentes en las figuras 1 y 2 están provistos de símbolos de referencia coincidentes. Con respecto a la estructura y el modo de funcionamiento del convertidor de corriente 20 en la figura 2, se hace referencia a las explicaciones relativas al convertidor de corriente 10 de la figura 1.
La única diferencia entre los dos convertidores de corriente consiste en que en las tres fases, la resistencia de simetría respectiva Rsym del convertidor de corriente 10 de la figura 1 se reemplaza en el convertidor de corriente 20 de la figura 2 por una conexión en serie de dos resistencias R1, R2, estando el punto de conexión de estas dos resistencias R1, R2 en cada fase conectado respectivamentecon el punto de conexión de los dos IGBT asociados T3, T4.
Las dos resistencias R1, R2 de cada fase pueden ser resistencias de simetría, pero no tienen por qué serlo.
De la misma manera que ya se ha explicado con referencia a la figura 1, también se puede establecer un circuito de descarga a través de al menos una de las resistencias R1, R2 con la ayuda de al menos uno de los IGBT en el convertidor de corriente 20 de la figura 2 y que así se descarguen los condensadores Cd1, Cd2. Debido a la presencia de dos resistencias R1, R2, en la figura 2 son posibles o concebibles eventualmente más circuitos de descarga que en la figura 1.
Claims (6)
1. Procedimiento para hacer funcionar un circuito eléctrico, en el que el circuito eléctrico está provisto de un convertidor de corriente (10) que tiene al menos un circuito en serie (11, 12, 13) que está conectado a un terminal P(+) para un potencial positivo y a un terminal M(-) para un potencial negativo, y cada circuito en serie (11, 12, 13) consta de cuatro conmutadores semiconductores de potencia, formando el punto de conexión de los dos conmutadores semiconductores de potencia centrales un terminal para una tensión alterna, y estando el circuito eléctrico provisto de al menos dos condensadores conectados en serie (Cd1, Cd2) que están conectados en paralelo con el circuito en serie (11, 12, 13) y estando los condensadores conectados en serie conectados en un extremo con el terminal P(+) y en el otro extremo con el terminal M(-) y formando el punto de conexión de los condensadores (Cd1, Cd2) un tercer terminal para un potencial cero, estando dos diodos conectados en serie (D5, D6) conectados en paralelo en sentidos opuestos a los dos conmutadores semiconductores de potencia centrales, cuyo punto de conexión está conectado al punto de conexión de los dos condensadores (Cd1, Cd2), estando conectada al menos una resistencia en paralelo con los dos conmutadores semiconductores de potencia centrales, caracterizado por que en el procedimiento al menos uno de los dos conmutadores semiconductores de potencia exteriores está conectado conductivamente y de esta manera se genera una corriente de descarga desde el al menos un condensador (Cd1, Cd2) a través del al menos un conmutador semiconductor de potencia conectado conductivamente y la resistencia.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los dos conmutadores semiconductores de potencia exteriores están conectados conductivamente y de esta manera se genera una corriente de descarga desde los dos condensadores (Cd1, Cd2) a través de los dos conmutadores semiconductores de potencia exteriores y la resistencia.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que exactamente uno de los dos conmutadores semiconductores de potencia exteriores está conectado conductivamente y de esta manera se genera una corriente de descarga desde uno de los dos condensadores (Cd1, Cd2) a través del conmutador semiconductor de potencia conectado conductivamente, la resistencia y uno de los dos diodos (D5, D6).
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la resistencia es una denominada resistencia de simetría (Rsym).
5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que existen tres circuitos en serie (11, 12, 13) conectados en paralelo entre sí y constituidos por conmutadores semiconductores de potencia.
6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los conmutadores semiconductores de potencia son IGBT (T1, T2, T3, T4) (IGBT = insulated gate bipolar transistor - transistor bipolar de puerta aislada), a cada uno de los cuales se conecta en paralelo y en sentido contrario preferentemente un diodo de marcha libre (D1, D2, D3, D4).
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