CONVERTERS

OBJETO DE LA INVENCIÓN

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La presente invención describe un sistema de conversión de potencia entre una máquina eléctrica rotativa y la red, así como su método de operación, de modo que se permite conectar o desconectar etapas de conversión polifásicas.

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ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La mayoría de las instalaciones eléctricas están formadas por 15 máquinas eléctricas con un único devanado accesible. Por ejemplo, las máquinas rotativas suelen disponer únicamente de un devanado estatórico (o rotórico), mientras que los transformadores suelen disponer de un único devanado secundario.

20 En este tipo de instalaciones una solución conocida en el estado de la técnica es paralelizar varias etapas de conversión de potencia de modo que la pluralidad de equipos paralelizados se comporten, a todos los efectos, como una única etapa de conversión de potencia igual a la suma de los diferentes equipos paralelizados. Sin embargo, esta configuración

25 tiene el inconveniente de que un fallo en una de las etapas de conversión de potencia provoca que la instalación deba detenerse por completo.

Otra solución conocida consiste en paralelizar las etapas de conversión como si fueran independientes. Sin embargo, con esta 30 configuración aparecen corrientes de recirculación entre las etapas, provocando pérdidas y dificultades de control. Para evitar estos inconvenientes, los fabricantes se ven obligados a recurrir a instalaciones más complejas que permiten independizar el funcionamiento de los diferentes equipos (redundancia). Existen múltiples instalaciones que permiten disponer de redundancia, variando la solución en función de la topología de la instalación donde van a ser empleados. Estas instalaciones disponen de alguna máquina eléctrica (la máquina rotativa, el transformador o ambas) con múltiples devanados en alguno de sus circuitos.

Así, para una máquina rotativa con una pluralidad de devanados estatóricos se conecta una etapa de conversión a cada uno de dichos devanados, mejorándose de este modo la calidad de la corriente suministrada a la máquina. En el caso de transformadores con una pluralidad de devanados secundarios, se puede conectar una etapa de conversión de potencia por devanado secundario, obteniéndose una mejora de la calidad de la energía suministrada a la red. Incluso, según la topología de cada instalación es posible que se den ambas condiciones (pluralidad de devanados estatóricos y pluralidad de devanados secundarios) simultáneamente.

Sin embargo, a pesar de los buenos resultados obtenidos mediante la conexión de diferentes etapas a varios devanados, las máquinas eléctricas con múltiples devanados son más complejas, costosas y pesadas, que las dotadas de un único devanado.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención propuesta consiste en un sistema y método de conversión de potencia entre una máquina eléctrica rotativa y la red eléctrica. Un primer aspecto de la invención describe un sistema de conversión de potencia que comprende al menos dos etapas de conversión polifásicas del tipo "back-to-back". Se entiende por etapa de conversión polifásica al conjunto formado por dos convertidores de potencia unidos mediante un bus de continua. Se entiende por convertidor de potencia a la asociación de células de conmutación en cada una de las fases, de forma que puede ser intercalado entre un sistema de potencia AC (corriente alterna) y uno DC (corriente continua).

En una realización preferida, cada célula de conmutación por fase comprende a su vez dos elementos de conmutación en serie en los que se encuentra accesible al menos el terminal superior, el punto medio y el terminal inferior. La invención contempla al menos dos células de conmutación por fase, asociadas cada una de ellas a una etapa de conversión polifásica. Más preferentemente, cada elemento de conmutación comprende un transistor con un diodo en antiparalelo.

El sistema también comprende medios de corte entre los buses de continua de las etapas de conversión polifásicas, entre las etapas de conversión polifásicas y la máquina eléctrica rotativa, y entre las etapas de conversión polifásicas y la red. Preferentemente, los medios de corte serán motorizados y gobernables de forma automática. Los medios de corte permiten, en caso de que sea necesario, aislar las células de conmutación de cada etapa de conversión, de las del resto de las etapas de conversión, permitiendo al sistema funcionar con un número de etapas de conversión inferior al total. Según una realización preferida más, el sistema comprende al menos un controlador conectado a los medios de corte para controlar su apertura/cierre. El controlador puede estar conectado además a las propias etapas de conversión. En una realización preferida se dispondrá de un único controlador. En otra realización preferida, estará formado por un sistema redundante de varios controladores.

Un segundo aspecto de la invención describe un procedimiento de operación del sistema descrito que comprende las siguientes operaciones:

- abrir los medios de corte que permiten aislar al menos una de las etapas de conversión del resto de etapas de conversión,

- continuar el funcionamiento normal del resto de etapas de conversión. En condiciones normales, el sistema opera con la totalidad de las etapas de conversión en funcionamiento. En el momento en el que se produce una anomalía en cualquiera de las etapas de conversión, o bien en función de criterios funcionales, se actúa (manualmente o a través de al menos un controlador) sobre los elementos de corte de modo que aislan por completo las células de conmutación de la etapa anómala, con la ventaja de que el resto de células de conmutación pueden seguir funcionando manteniendo el sistema operativo. Una vez desaparecidos los motivos que originaron su aislamiento, el procedimiento comprende también la operación posterior de cerrar los medios de corte (o bien manualmente o a través de al menos un controlador) que permiten volver a conectar las células de conmutación de dicha etapa de conversión.

Se entiende por anomalía cualquier circunstancia o avería que provoque que el sistema funcione mejor con un número reducido de etapas de conversión. Por ejemplo, en caso de fallo en algún dispositivo semiconductor, en algún sensor, o un defecto de aislamiento en una de las etapas de conversión.

La invención también contempla la posibilidad de que sea al menos un controlador presente en la instalación el que sea capaz de actuar sobre los elementos de corte, haciendo funcionar al sistema con un número de etapas de conversión menor que el número total, en base a criterios funcionales. Como ejemplo de criterios funcionales se encuentran el rendimiento del sistema, la fiabilidad, la vida útil de los componentes, o cualquier otro criterio que pueda afectar al funcionamiento del sistema.

A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Fig. 1 muestra un esquema de un sistema de conversión de acuerdo con la presente invención.

La Fig. 2 muestra un ejemplo no limitante de célula de conmutación según la invención. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Se describe a continuación la invención haciendo referencia a las figuras adjuntas. La Fig. 1 muestra un esquema de un ejemplo de sistema (1 ) según la invención donde se han representado dos etapas de conversión (2a, 2b) polifásicas conectadas entre una máquina eléctrica (3) y la red (4), con al menos dos células de conmutación por fase, asociada cada una de las células a una etapa de conversión (2a, 2b) polifásica.

La Fig. 2 muestra un ejemplo no limitante de célula de conmutación y que está formada por un par de elementos de conmutación (21 ) conectados en serie y con al menos el terminal superior (22), el punto medio (23), y el terminal inferior (24) accesibles. En este ejemplo, cada elemento (21 ) de conmutación es un transistor con un diodo en antiparalelo.

El sistema (1 ) de la invención comprende además un conjunto de medios de corte (7, 8a, 8b, 9a, 9b) que permiten aislar cualquiera de las dos etapas de conversión (2a, 2b) polifásicas en caso de necesidad. Se trata de un medio de corte (7) dispuesto en la conexión que une los dos buses DC (6a, 6b), de dos medios de corte (8a, 8b) que permiten aislar las etapas de conversión (2a, 2b) de la máquina eléctrica (3), y de dos medios de corte (9a, 9b) que permiten aislar las etapas de conversión (2a, 2b) de la red (4). Por último, el sistema (1 ) del ejemplo comprende también un controlador (10) conectado a los medios de corte (7, 8a, 8b, 9a, 9b) para enviar las órdenes de apertura o cierre en función de las circunstancias.

Así, un ejemplo de funcionamiento del sistema (1 ) podría ser el siguiente. En el caso de que una de las células de conmutación de la etapa de conversión (2a) tuviese un funcionamiento anómalo (elevada temperatura, conmutación irregular, etc.) el controlador (10) del sistema (1 ), en respuesta a este nuevo estado, envía órdenes de apertura a los medios de corte (7, 8a, 9a), aislando así la primera etapa de conversión (2a). La otra etapa de conversión (2b), mientras tanto, sigue funcionando normalmente. Una vez resuelto el problema que provocó el funcionamiento anómalo de la primera etapa de conversión (2a), el controlador envía órdenes de cierre de los medios de corte (7, 8a, 9a), de modo que el sistema (1 ) vuelve a funcionar a pleno rendimiento.