WO2012007598A1 - Conversor de tensión monofásica en trifásica - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the field of electric current converters, and more specifically to the single-phase / two-phase alternating voltage input conversion systems into three-phase output alternating voltage. Background of the invention
- inverter systems are known and marketed in the art to convert single-phase / two-phase alternating voltage input into three-phase alternating voltage output. Most of these systems require an external generator, either a combustion or electric motor, to be able to generate three output phases. These motor systems have drawbacks, such as noise and environmental pollution, limited phase imbalance, etc. In addition, they generally require a large starter power and provide very low performance.
- Document US5969957 for a two-phase to three-phase converter discloses a converter that provides three-phase power at its output to a three-phase load from a single-phase supply.
- Said converter includes an inverter connected to two-phase input power lines and a bidirectional switch connected in series with one of the input power lines.
- the converter has three output lines, one connected to the inverter's output, another connected to an input power line between the bidirectional switch and the inverter, and the third connected directly to the other input power line.
- the present invention relates to a single-phase / two-phase to three-phase alternating voltage converter comprising at least one single-phase and neutral alternating voltage input line, an input rectifier that converts an input single-phase alternating voltage into direct voltage, a modulated inverter which transforms the continuous voltage into three-phase alternating voltage, an alternating voltage filter to reduce the high frequency harmonics generated in the inverter, a neutral output line connected to the neutral input line and a three-phase output line connected to the filter AC voltage
- a three-phase alternating voltage with neutral at its output is obtained from a single-phase / two-phase and neutral alternating voltage input.
- two single phase alternating voltage lines are used as input.
- the second single-phase alternating voltage input line will comprise all the necessary specific components equivalent to those of the first single-phase alternating voltage input.
- the converter will comprise additional components suitable for providing operational safety and / or stability of the converter's alternating output voltage, such as, but not limited to, a first / second input and switch disconnector. to ground for the protection of the equipment, a first / second input contactor and a first / second preload circuit to avoid overloads during power-up, on each of the first and second single-phase alternating voltage input lines (when present last), respectively, as well as an input filter to reduce the voltage ripple at its input and limit the amplitude of the harmonics that are injected into the input and a differential output disconnector after the alternating voltage filter to protect the system against shunts caused by lack of insulation between the active conductors and the neutral or short circuits in the car ga.
- additional components suitable for providing operational safety and / or stability of the converter's alternating output voltage such as, but not limited to, a first / second input and switch disconnector. to ground for the protection of the equipment, a first / second input contactor and a first / second preload circuit to avoid
- Figure 1 illustrates an electrical diagram of a preferred embodiment according to the present invention.
- Figures 2A and 2B respectively illustrate a block diagram and an electrical diagram of the additional embodiment according to the present invention.
- Figure 3 is a perspective view of a converter housing according to the preferred embodiment of the present invention.
- Figure 1 shows in the form of an electric diagram an embodiment according to the present invention, in which a three-phase output voltage plus a neutral line is obtained from only a single single-phase alternating input voltage plus a neutral line.
- This circuit comprises an input rectifier. Subsequently, there is the modulated inverter itself, followed by an AC voltage filter whose functions will be described hereinafter.
- This figure illustrates the simplest embodiment according to the present invention.
- the converter also includes:
- an input filter to reduce voltage ripple at its input and limit the amplitude of high frequency harmonics injected into the input, consisting of two branches with a series inductance, a series diode and a parallel capacitor,
- inverter modulated with IGBT semiconductors with sinusoidal pulse width modulation which transforms the continuous voltage of its input into a three-phase alternating voltage, and by controlling and modulating it, low frequency harmonics are eliminated and the voltage is regulated three-phase output
- the converter according to this preferred embodiment of the invention further comprises a control circuit based on a programmable device.
- This circuit measures the input and output voltages and currents, as well as a series of internal variables of the converter, and generates the command commands necessary to compensate for losses within a range, thus ensuring that the generated phases have the amplitude that complies with the rules.
- FIG. 3 a perspective view of a housing for the inverter according to the preferred embodiment of the present invention is shown.
- the single-phase input and three-phase output connections are located on the side.
- the inverter module On the opposite side of this housing is the inverter module itself to convert the continuous voltage obtained from rectifying the single-phase / two-phase alternating input voltage into three-phase alternating output voltage.
- the converter circuit according to the present invention further comprises, according to a further preferred embodiment, a coil in the neutral circuit for the purpose of filtering the harmonics existing in this line.
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Abstract
La invención se refiere a un conversor de tensión alterna monofásica en trifásica que proporciona, a partir de una o dos fases de tensión alterna de entrada más un neutro, una tensión trifásica de salida más el neutro. El conversor de la invención comprende una línea de entrada de neutro y una o dos líneas de entrada de tensión alterna monofásica que comprenden cada una un rectificador de entrada que convierte una tensión alterna monofásica de entrada en una tensión continua, un inversor modulado que transforma la tensión continua en tensión alterna trifásica, un filtro de tensión alterna para reducir los armónicos de alta frecuencia producidos en el inversor, una línea de salida de neutro conectada a la línea de entrada de neutro y una línea de salida trifásica conectada al filtro de tensión alterna.
Description
CONVERSOR DE TENSIÓN MONOFÁSICA EN TRIFÁSICA
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de los conversores de corriente eléctrica, y más concretamente a los sistemas de conversión de tensión alterna monofásica / bifásica de entrada en tensión alterna trifásica de salida. Antecedentes de la invención
En la técnica se conocen y comercializan diversos sistemas inversores para convertir tensión alterna monofásica / bifásica de entrada en tensión alterna trifásica de salida. La mayoría de estos sistemas requieren de un generador externo, ya sea un motor de combustión o eléctrico, para poder generar tres fases de salida. Estos sistemas con motor presentan inconvenientes, como por ejemplo contaminación acústica y medioambiental, desequilibrio de fases limitado, etc. Además, generalmente requieren una gran alimentación de arranque y proporcionan un rendimiento muy bajo.
El documento US5969957 para un conversor bifásico a trifásico da a conocer un conversor que proporciona alimentación trifásica en su salida a una carga trifásica a partir de un suministro monofásico. Dicho conversor incluye un inversor conectado a líneas de alimentación de entrada bifásica y un conmutador bidireccional conectado en serie con una de las líneas de alimentación de entrada. El conversor tiene tres líneas de salida, una conectada a la salida del inversor, otra conectada a una línea de alimentación de entrada entre el conmutador bidireccional y el inversor, y la tercera conectada directamente a la otra línea de alimentación de entrada. Aunque este conversor soluciona algunos de los problemas de la técnica anterior, sigue presentando otros inconvenientes. Principalmente, la tercera fase generada mediante este conversor tiene una amplitud inferior a la de las dos fases iniciales debido a pérdidas del circuito. Además, este sistema conversor no se aplica en casos en los que la carga trifásica que se desea alimentar requiere neutro.
Por consiguiente, sigue existiendo en la técnica la necesidad de un conversor de tensión alterna monofásica / bifásica en trifásica con buen rendimiento proporcionando tres fases de salida estables de igual amplitud a
la vez que proporciona una línea de neutro.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere a un conversor de tensión alterna monofásica / bifásica en trifásica que comprende como mínimo una línea de entrada de tensión alterna monofásica y neutro, un rectificador de entrada que convierte una tensión alterna monofásica de entrada en tensión continua, un inversor modulado que transforma la tensión continua en tensión alterna trifásica, un filtro de tensión alterna para reducir los armónicos de alta frecuencia generados en el inversor, una línea de salida de neutro conectada a la línea de entrada de neutro y una línea de salida trifásica conectada al filtro de tensión alterna.
Por tanto, mediante el conversor de la presente invención se obtiene una tensión alterna trifásica con neutro en su salida a partir de una entrada de tensión alterna monofásica / bifásica y neutro.
Según un aspecto adicional de la invención, se utilizan como entrada dos líneas de tensión alterna monofásica. En este caso, la segunda línea de entrada de tensión alterna monofásica comprenderá todos los componentes específicos necesarios equivalentes a los de la primera entrada de tensión alterna monofásica.
Según otro aspecto adicional de la presente invención, el conversor comprenderá componentes adicionales adecuados para proporcionar seguridad de funcionamiento y/o estabilidad de la tensión alterna de salida del conversor, tales como, pero sin limitarse a, un primer/segundo seccionador de entrada y puesta a tierra para la protección del equipo, un primer/segundo contactor de entrada y un primer/segundo circuito de precarga para evitar sobrecargas durante el encendido, en cada una de las líneas de entrada de tensión alterna monofásica primera y segunda (cuando esté presente esta última), respectivamente, así como un filtro de entrada para reducir el rizado de tensión en su entrada y limitar la amplitud de los armónicos que se inyectan en la entrada y un seccionador diferencial de salida después del filtro de tensión alterna para proteger el sistema contra derivaciones provocadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y el neutro o cortocircuitos en la carga.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes dibujos que ilustran realizaciones preferidas de la invención, proporcionadas a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativas de la invención de ninguna manera.
La figura 1 ilustra un diagrama eléctrico de una realización preferente según la presente invención.
La figuras 2A y 2B ilustran respectivamente un diagrama en bloques y un diagrama eléctrico de la realización adicional según la presente invención.
La figura 3 es una vista en perspectiva de una carcasa del conversor según la realización preferida de la presente invención.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La figura 1 muestra en forma de diagrama eléctrico una realización según la presente invención, en la que se obtiene una tensión trifásica de salida más una línea de neutro a partir de tan sólo una única tensión alterna monofásica de entrada más una línea de neutro. Este circuito comprende un rectificador de entrada. Posteriormente se encuentra el inversor modulado propiamente dicho, seguido por un filtro de tensión alterna cuyas funciones se describirán a continuación en el presente documento. Esta figura ilustra la realización más sencilla según la presente invención.
Las figuras 2A y 2B ilustran diagramas de bloques y eléctrico según una realización adicional de la presente invención, en la que el conversor se alimenta de dos tensiones monofásicas y una línea de neutro para generar en la salida una tensión alterna trifásica más una línea de neutro. Tal como se observa en estas figuras, el conversor comprende una línea de entrada de neutro y dos líneas (primera y segunda) de entrada de tensión alterna monofásica.
En la realización preferente o en las adicionales cada una de estas líneas de entrada de tensión alterna monofásica comprende:
- un seccionador de entrada y puesta a tierra para la protección del equipo según normas mediante un disyuntor principal (magnetotérmico), que permite además la desconexión total del equipo,
- un contactor de entrada de dos polos, dispuesto entre los polos
activos de la entrada,
- un circuito de precarga que está basado en una resistencia en paralelo con el contactor, y que sirve para limitar la corriente de conexión del equipo y así evitar sobrecargas durante el encendido, - un rectificador de entrada que convierte una tensión alterna monofásica / bifásica de entrada en una tensión continua. A continuación, el conversor comprende además:
- un filtro de entrada para reducir el rizado de tensión en su entrada y limitar la amplitud de los armónicos de alta frecuencia inyectados a la entrada, que consta de dos ramas con una inductancia en serie, un diodo en serie y un condensador en paralelo,
- un inversor modulado con semiconductores IGBT con modulación de ancho de pulso senoidal, que transforma la tensión continua de su entrada en una tensión alterna trifásica, y mediante el control y modulación del mismo, se eliminan los armónicos de bajas frecuencias y se regula la tensión de salida trifásica,
- un filtro de tensión alterna de salida para reducir los armónicos de alta frecuencia producidos en el inversor y así obtener la distorsión armónica especificada, que consta de bobina y de condensadores conectados en estrella a cada una de las fases,
- un seccionador diferencial de salida (magnetotérmico) que permite desconectar la salida del inversor de la carga de modo que se protege el sistema contra derivaciones provocadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y neutro y sobrecargas, - una línea de salida de neutro conectada a la línea de entrada de neutro, y
- una línea de salida trifásica conectada al seccionador diferencial de salida.
Tal como también puede observarse en estas figuras, el conversor según esta realización preferida de la invención comprende, además, un circuito de control basado en un dispositivo programable. Este circuito mide las tensiones y corrientes de entrada y salida, así como una serie de variables internas del conversor, y genera las órdenes de mando necesarias para compensar pérdidas dentro de un rango, garantizando así que las fases generadas tienen la amplitud que cumpla con las normas.
Asimismo el control dispone de una comunicación para la conexión
del equipo a un ordenador (o dispositivo similar) que facilita el mantenimiento y la detección de errores ya que el dispositivo programable detecta posibles averías o comportamientos anómalos que son registrados en una memoria, la cual se puede descargar por comunicaciones para su posterior análisis.
Pasando ahora a la figura 3, se muestra una vista en perspectiva de una carcasa para el inversor según la realización preferida de la presente invención. Las conexiones de entrada monofásica y de salida trifásica se encuentran en el lateral. En el lateral opuesto de esta carcasa se encuentra el módulo inversor propiamente dicho para convertir la tensión continua obtenida a partir de rectificar la tensión alterna monofásica / bifásica de entrada en tensión alterna trifásica de salida.
El experto en la técnica podrá realizar modificaciones a las realizaciones preferidas descritas anteriormente en la presente invención sin por ello salirse del alcance de la invención, por ejemplo añadiendo o eliminando componentes del circuito (como el seccionador de entrada, circuito de precarga, filtro de entrada,...), siempre que el circuito resultante pueda proporcionar en la salida una tensión alterna trifásica más una línea de neutro a partir de una o dos líneas de entrada de tensión alterna monofásica más una línea de neutro. Particularmente, las tres fases de la tensión alterna trifásica de salida presentarán sustancialmente la misma amplitud que la(s) de entrada.
Por ejemplo, el circuito del conversor según la presente invención comprende además, según una realización preferida adicional, una bobina en el circuito de neutro con la finalidad de filtrar los armónicos existentes en esta línea.
Según la realización preferida de la presente invención, cuando se dispone de una tensión de entrada de 230 Vea +-10% (según la norma UNE EN 501 60) el conversor proporciona una tensión de salida regulada 230 Vea +-5%.
Claims
REIVINDICACIONES
Conversor de tensión alterna monofásica en trifásica que comprende:
- una línea de entrada de neutro;
- una primera línea de entrada de tensión alterna monofásica, que comprende a su vez un primer rectificador de entrada que convierte una tensión alterna monofásica de entrada en una tensión continua;
- un inversor modulado que transforma la tensión continua de su entrada en una tensión alterna trifásica;
- un filtro de tensión alterna para reducir los armónicos de alta frecuencia generados en el inversor y garantizar la distorsión armónica especificada de la tensión de salida;
- una línea de salida de neutro conectada a la línea de entrada de neutro; y
- una línea de salida trifásica conectada al filtro de tensión alterna; mediante lo cual se obtiene una tensión alterna trifásica con neutro a partir de una entrada de tensión alterna monofásica y neutro.
Conversor según la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende además una segunda línea de entrada de tensión alterna monofásica que comprende a su vez un segundo rectificador de entrada que convierte una tensión alterna monofásica de entrada en una tensión continua, combinándose la tensión de la primera línea de entrada y de la segunda línea de entrada en el filtro de entrada.
Conversor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además:
- un filtro después del rectificador de entrada para reducir el rizado de tensión en su entrada y limitar la amplitud de los armónicos inyectados a la entrada.
Conversor según la reivindicación 1 , caracterizado porque la primera línea de entrada de tensión alterna monofásica comprende además:
- un primer seccionador de entrada y puesta a tierra para la protección del equipo;
- un primer contactor de entrada; y
- un primer circuito de precarga antes del primer rectificador de entrada para evitar sobrecargas durante el encendido.
5. Conversor según las reivindicaciones 2 y 4, caracterizado porque la segunda línea de entrada de tensión alterna monofásica comprende además:
- un segundo seccionador de entrada para la protección del equipo;
- un segundo contactor de entrada; y
- un segundo circuito de precarga antes del segundo rectificador de entrada para evitar sobrecargas durante el encendido.
combinándose la tensión de la primera línea de entrada y de la segunda línea de entrada en el filtro de entrada.
6. Conversor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende, además, un circuito de control que mide las tensiones y corrientes de entrada y salida y genera las órdenes de mando necesarias para compensar pérdidas dentro de un rango, garantizando así que las fases generadas tienen la misma amplitud que las fases de entrada.
7. Conversor según la reivindicación 6, caracterizado porque el circuito de control comprende, además, detectores de avería para facilitar el mantenimiento del conversor.
8. Conversor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende, además, una bobina en el circuito de neutro para filtrar los armónicos en esta línea.
9. Conversor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para una tensión de entrada de 230 Vea +-10% proporciona una tensión de salida de 230 Vea +-5%.
10. Conversor según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además:
- un seccionador diferencial de salida después del filtro de tensión alterna para proteger el sistema contra derivaciones provocadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y el neutro y las sobrecargas (cortocircuito).
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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