ES2694273T3

ES2694273T3 - Convertidor de corriente alterna en corriente continua y controlador de motor eléctrico

Info

Publication number: ES2694273T3
Application number: ES08878546.4T
Authority: ES
Inventors: Yosuke Shinomoto; Takuya Shimomugi; Mitsuo Kashima; Makoto Tanikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2028-12-01
Also published as: EP2355329A4; US8823303B2; EP2355329B1; AU2008364881A1; JPWO2010064284A1; AU2008364881B2; WO2010064284A1; CN102232265B; CN102232265A; US20110227522A1; JP5274579B2; EP2355329A1

Abstract

Un convertidor de corriente alterna en corriente continua, que comprende: un rectificador (2), conectado a una fuente de alimentación de corriente alterna monofásica (1) a través de un reactor (5); dos condensadores (6, 7), conectados en serie entre los terminales de salida del rectificador (2); un primer conmutador, conectado entre un terminal de entrada del rectificador (2) y un punto de conexión de los condensadores (6, 7); un segundo conmutador, conectado entre el otro terminal de entrada del rectificador (2) y el punto de conexión de los condensadores (6, 7); diodos (10, 11), conectados inversamente en paralelo con los condensadores (6, 7); un detector de tensión (21), que detecta las tensiones de los terminales de los condensadores (6, 7); un detector de corriente (22), que detecta una entrada de corriente monofásica de la fuente de alimentación de corriente alterna monofásica (1); y un medio de control (20), que acciona y controla el primer conmutador y el segundo conmutador, en el que el medio de control (20) acciona y controla el primer conmutador y el segundo conmutador de tal manera que las tensiones de los terminales de los condensadores (6, 7) son fijadas y se mejora el factor de potencia de la fuente de alimentación utilizando una componente de potencia activa y una componente de potencia reactiva obtenidas por conversión de los resultados de detección del detector de corriente (22) y de los resultados de detección del detector de tensión (21), caracterizado por que el medio de control (20) convierte el resultado de la detección del detector de corriente (22) en una corriente de componente de potencia activa y una corriente de componente de potencia reactiva, y realiza un control tal que las tensiones de los terminales de los condensadores (6, 7) son fijas utilizando la corriente de la componente de potencia activa, el medio de control (20) incluye un medio (32a, 32b) que elimina una componente de pulsación que tiene el doble de la frecuencia de la de la fuente de alimentación de corriente alterna monofásica (1) y que está incluida en la corriente de la componente de potencia activa y la corriente de la componente de potencia reactiva, y el medio de control (20) acciona y controla el primer medio de conmutación (3) y el segundo medio de conmutación (4) en base a una componente de potencia activa (Ip) y una componente de potencia reactiva (Iq) que son componentes que quedan después de eliminar la componente de pulsación de la corriente de la componente de potencia activa y la corriente de la componente de potencia reactiva, de tal modo que la tensión del convertidor entre los terminales de entrada del rectificador 2 se convierte en una tensión de corte de tres niveles.

Description

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DESCRIPCION

Convertidor de corriente alterna en corriente continua y controlador de motor electrico Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un dispositivo que convierte una corriente alterna en una corriente continua. Antecedentes

Con respecto a un circuito de fuente de alimentacion de rectificacion, se ha propuesto "un circuito de fuente de alimentacion de rectificacion que incluye: un rectificador, que rectifica una tension de corriente alterna y genera una tension de corriente continua; un reactor, conectado en serie a un lado de entrada de corriente alterna o a un lado de salida de corriente continua del rectificador; un condensador, al cual es aplicada la salida de tension de corriente continua del rectificador o la salida de tension de corriente continua a traves del reactor, a traves de un diodo, obteniendo el condensador una tension de corriente continua suavizada; un elemento de conmutacion, que establece un cortocircuito en el lado de salida de corriente continua del rectificador de manera directa o a traves del reactor; un medio de control de la tension, que genera una senal de control de la tension de acuerdo con un valor de desviacion entre una referencia de tension y la tension de corriente continua suavizada por el condensador; un medio de calculo de la referencia actual, que calcula un producto de una senal de sincronizacion sinusoidal en sincronizacion con la tension de corriente alterna, o una senal de sincronizacion de rectificacion de onda completa sinusoidal y la senal de control de la tension, y genera una senal de referencia actual; y un medio de comparacion, que compara la senal de referencia de corriente y una corriente del lado de corriente alterna o una corriente del lado de corriente continua del rectificador, y genera una senal de activacion para el control de ENCENDIDO / APAGADO del elemento de conmutacion, en el que la tension de salida de corriente continua se controla hasta un valor deseado a la vez que se controla una corriente de entrada de corriente alterna en una forma sinusoidal” (Documento de Patente 1).

Con respecto a un convertidor de corriente alterna en corriente continua, como una tecnica para resolver un problema que "en una configuracion en la que se formo un circuito rectificador de onda completa utilizando una fuente de alimentacion de corriente alterna monofasica y un diodo, un reactor, un circuito en serie de condensadores, un conmutador bidireccional y una carga estan conectados entre sf, la tension del condensador conectado en serie se vuelve no uniforme durante un semiciclo cuando el factor de potencia de una corriente de entrada de corriente alterna mejora mediante la conmutacion de un conmutador bidireccional”, se ha propuesto que " en una configuracion en la que un reactor esta conectado entre una fuente de alimentacion de corriente alterna monofasica y una entrada de corriente alterna de un circuito rectificador de onda completa formado utilizando un diodo, un circuito en serie de condensadores esta conectado entre las salidas de corriente continua del circuito rectificador de onda completa, los conmutadores bidireccionales 10 y 11 estan conectados entre un punto de conexion interno del circuito en serie de condensadores y cada entrada de corriente alterna del circuito rectificador de onda completa, y una carga 14 esta conectada en paralelo con el circuito en serie de condensadores, se detectan tensiones de un condensador 12 y un condensador 13 que estan conectados en serie y los conmutadores bidireccionales 10 y 11 estan sujetos al control de ENCENDIDO / APAGADO en alta frecuencia, de modo que las tensiones detectados se vuelvan uniformes" (Documento de Patente 2).

Como tecnica para el proposito de "obtener una fuente de alimentacion de corriente continua capaz de reducir los componentes armonicos de una corriente de entrada y mejorar de manera optima un factor de potencia", se ha propuesto que "cuando una tension de corriente alterna de una fuente de alimentacion de corriente alterna pasa por un punto cero, el medio de conmutacion es accionado para cerrar despues de que ha transcurrido un primer tiempo de retardo predeterminado desde el momento del paso, y el medio de conmutacion es accionado para abrirse despues de que haya transcurrido un segundo tiempo de retardo predeterminado desde el momento del paso" (Documento de Patente 3).

Como tecnica para el proposito de "reducir una velocidad de un proceso de control, mejorar un factor de potencia, reducir un armonico y reducir los costes mediante la reduccion del numero de eventos de conmutacion al mmimo necesario," se ha propuesto lo siguiente "la inclusion de un circuito rectificador 2, que rectifica una tension de una fuente de alimentacion de corriente alterna 1; un condensador de suavizado 4, que suaviza una tension de salida del circuito rectificador 2; un medio de conmutacion 6 dispuesto mas hacia la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 que el condensador de suavizado 4; un reactor 3, dispuesto mas hacia una fuente de alimentacion que los medios de conmutacion 6; un medio de deteccion de la cantidad de carga 10, que detecta una cantidad de carga de una carga conectada en paralelo con el condensador de suavizado 4; y un medio de control 8, que controla la apertura y el cierre del medio de conmutacion en el momento de la apertura y el cierre de acuerdo con la cantidad de carga al menos dos veces durante el semiciclo de la fuente de alimentacion en sincronizacion con la fuente de alimentacion de corriente alterna 1" (Documento de Patente 4).

Como una tecnica para el proposito de "habilitar, en un circuito convertidor que convierte una tension de salida de una fuente de alimentacion de corriente alterna 1, una tension mayor que la tension de entrada que se generara sin utilizar un reactor o un condensador de gran capacidad," se ha propuesto que "en un circuito convertidor 100 que

convierte una tension de salida de una fuente de alimentacion de corriente alterna 1, se incluyan un circuito rectificador 20, que rectifica la tension de salida de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1; primero y segundo condensadores 31 y 32 conectados en serie que suavizan una salida del circuito rectificador 20; y un circuito de conmutacion 40 que conmuta las conexiones entre los condensadores 31 y 32 y la fuente de alimentacion 5 de corriente alterna, de tal manera que la tension de salida de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 se aplica alternativamente a los condensadores primero y segundo 31 y 32 repetidamente en un ciclo mas corto que el de la fuente de alimentacion de corriente alterna" (Documento de Patente 5).

Como tecnica para el proposito de "proporcionar una unidad de potencia electrica capaz de satisfacer una regulacion sobre un armonico de la fuente de alimentacion y proporcionar tanto el rendimiento de la impulsion de la unidad de 10 potencia electrica como un factor de potencia de entrada a niveles altos", se ha propuesto proporcionar una "unidad de potencia electrica que incluya: un circuito rectificador; un circuito de condensadores que se forma utilizando una pluralidad de condensadores conectados en serie, y esta conectado entre dos terminales de salida del circuito rectificador; un primer medio de conmutacion conectado entre un terminal de entrada de un circuito rectificador y un punto de conexion entre los condensadores en el circuito de condensadores; un segundo medio de conmutacion 15 conectado entre el otro terminal de entrada del circuito rectificador y un punto de conexion entre los condensadores en el circuito de condensadores; y un medio de deteccion de paso por cero, que detecta un punto de paso por cero de una fuente de alimentacion de corriente alterna, en el que para cada semiciclo de la fuente de alimentacion de corriente alterna, ambos medios de conmutacion primero y segundo estan ENCENDIDOS durante un tiempo t1 predeterminado despues del paso por cero de la fuente de alimentacion de corriente alterna, entonces solo el 20 segundo medio de conmutacion esta APAGADO durante un tiempo t2 predeterminado y, a partir de entonces, los medios de conmutacion primero y segundo 8 estan APAGADOS" (Documento de Patente 6).

Se ha propuesto tambien una tecnica para controlar una corriente armonica a traves de una operacion de dos elementos de conmutacion (Documento no de patente 1).

[Documento de Patente 1] Publicacion de solicitud de patente japonesa examinada N° 7-89743(Resumen)

25 [Documento de Patente 2] Publicacion de solicitud de patente japonesa no examinada N° 2008-22625(Resumen)

[Documento de patente 3] Publicacion de solicitud de patente japonesa no examinada N° 7-7946 (Resumen)

[Documento de patente 4] Publicacion de solicitud de patente japonesa no examinada N° 2000-125545(Resumen)

[Documento de patente 5] Publicacion de solicitud de patente japonesa no examinada N° 2005-110491(Resumen)

[Documento de patente 6] Publicacion de solicitud de patente japonesa no examinada N° 2008-99512 (Resumen)

30 [Documento de no patente 1] Shinichi Hoshi, Oguchi Kuniorni, "A Switching Pattern Decision Scheme for Singlephase Multi-level Rectifiers” (Conferencia Anual 2005 del I.E.E. de Japon, Industry Applications Society) N° 1-61 EP 2 309 635 A1 describe un convertidor CA-CC (AC-DC, Alternate Current - Direct Current en ingles) que comprende un rectificador conectado con una fuente de CA a traves de un reactor, una pluralidad de condensadores conectados en serie entre los terminales de salida del rectificador, un primer medio de conmutacion conectado entre el terminal 35 de entrada del rectificador y un punto de conexion de una pluralidad de condensadores, un segundo medio de conmutacion conectado entre otros terminales de entrada del rectificador y el punto de conexion de una pluralidad de condensadores y una pluralidad de diodos conectados con una pluralidad de condensadores en inverso - paralelo.

El documento JP 2008/172999 da a conocer otro convertidor de potencia Oguchi K et al: "A novel control method for 40 single-phase slow switching multilevel rectifiers”; REGISTRO DE LA CONFERENCIA DE LA CONFERENCIA DE APLICACIONES DE LA INDUSTRIA IEEE de 2002; 37a REUNION ANUAL DE LA IAS; 13 a 18 de octubre de 2002, PITTSBURGH, PENNSYLVANIA, EE. UU.; 13 de octubre de 2002 (2002-10-13), paginas 1966-1973, XP010610147, DOI: 10.1109/IAS.2002.1043802 describe un metodo de control para rectificadores de multiples niveles monofasicos.

El documento WO 20087026547 A1 describe un convertidor de tipo de control actual.

45 Descripcion de la invencion

Problemas a resolver por la invencion

Aunque la tecnica descrita en el Documento de Patente 1 anterior es capaz de controlar los armonicos, puesto que es un control de corriente en el que se detecta un valor instantaneo de una corriente de entrada y se hace sinusoidal de manera instantanea, se requiere un procesamiento de control de alta velocidad y, por lo tanto, se requiere un 50 control mediante PWM de alta frecuencia. Puesto que el control mediante PWM de alta frecuencia produce muchos ruidos, el coste de resolver el problema de los ruidos aumenta.

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Puesto que el control analogico se realiza con un microordenador de alto rendimiento y un IC dedicado (circuito integrado) para el procesamiento de control de alta velocidad, la configuracion del circuito periferico se complica y, por lo tanto, el coste del circuito aumenta.

Aunque la tecnica descrita en el Documento de Patente 2 anterior realiza un control mediante PWM de alta frecuencia similar al del Documento de Patente 1 utilizando dos conmutadores direccionales, tiene el mismo problema que el del Documento de Patente 1, puesto que se detecta un valor instantaneo de la corriente de entrada para el control.

Con la tecnica descrita en el Documento de Patente 3 anterior, existe un problema de que el tamano del reactor aumenta en un intento de controlar la corriente armonica por debajo de un valor regulado.

Con la tecnica descrita en el Documento de Patente 4 anterior, se puede proporcionar un reactor mas compacto sin ningun cambio en el rendimiento del control de los armonicos. Sin embargo, existe un problema de un mayor consumo de energfa debido al mayor numero de eventos de conmutacion. Tambien existe el problema de que se requiere un reactor mas grande para un cierto valor de inductancia cuando se aumenta la corriente de entrada.

Con la tecnica descrita en el Documento de Patente 5 anterior, se puede proporcionar un condensador de menor capacitancia realizando un cambio complementario a una frecuencia mas alta que la frecuencia de alimentacion. Sin embargo, puesto que es una conmutacion complementaria para reducir la capacitancia del condensador, es diffcil reducir lo suficiente la corriente armonica de la fuente de alimentacion.

Con la tecnica descrita en el Documento de Patente 6 anterior, se puede mejorar el factor de potencia de entrada, pero es diffcil proporcionar un reactor suficientemente compacto.

La tecnica descrita en el Documento No de Patente 1 anterior obtiene por adelantado los tiempos de ENCENDIDO / APAGADO del medio de conmutacion utilizando GA (algoritmo genetico - Genetic Algorithm, en ingles). Sin embargo, puesto que el GA requiere un calculo que utilice mucho tiempo en obtener la solucion optima, es necesario almacenar por adelantado, en una unidad de almacenamiento, cada uno de los parametros obtenidos por medio de un calculo.

Por consiguiente, lleva mucho tiempo desarrollar la tecnica para una aplicacion a un producto con multiples modelos, y tambien requiere una gran capacitancia para el almacenamiento de cada uno de los parametros.

La presente invencion se realizo para resolver los problemas descritos anteriormente y un objeto de la misma es proporcionar un convertidor de corriente alterna en corriente continua capaz de controlar una corriente armonica y mejorar un factor de potencia con costes reducidos.

Medios para resolver los problemas

Un convertidor de corriente alterna en corriente continua de acuerdo con la presente invencion incluye: un rectificador, conectado a una fuente de alimentacion de corriente alterna a traves de un reactor; dos condensadores, conectados en serie entre los terminales de salida del rectificador; un primer conmutador, conectado entre un terminal de entrada del rectificador y un punto de conexion de los condensadores; un segundo conmutador, conectado entre el otro terminal de entrada del rectificador y el punto de conexion de los condensadores; diodos, inversamente conectados en paralelo con los condensadores; un detector de tension, que detecta las tensiones de los terminales de los condensadores; un detector de corriente, que detecta la entrada de corriente de la fuente de alimentacion de corriente alterna; y un medio de control, que acciona y controla el primer conmutador y el segundo conmutador, en el que el control significa accionar y controlar el primer conmutador y el segundo conmutador de tal manera que las tensiones de los terminales de los condensadores son fijas y se mejora el factor de potencia de la fuente de alimentacion.

Ventajas

De acuerdo con el convertidor de corriente alterna en corriente continua segun la presente invencion, se puede generar una tension de convertidor de tres niveles bajo control mediante el ancho del tiempo y se puede generar una tension de convertidor sinusoidal a traves del control de los tiempos de ENCENDIDO / aPaGadO del primer medio de conmutacion y el segundo medio de conmutacion.

Con esto, puesto que la corriente que circula a traves del reactor ser puede controlada en manera sinusoidal, se puede mejorar un factor de potencia y se puede proporcionar un reactor mas compacto.

Ademas, puesto que la tension del convertidor de tres niveles es enviada bajo control mediante el ancho del tiempo, una operacion de conmutacion se puede realizar a baja frecuencia, por lo que un coste de resolver un problema de un ruido de alta frecuencia se puede reducir, y se puede conseguir una aplicacion practica con costes reducidos.

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Breve descripcion de los dibujos

[figura 1] La figura 1 es un diagrama de circuito de un convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la realizacion 1.

[figura 2] La figura 2 es un diagrama de circuito equivalente que ilustra un accionamiento del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100.

[figura 3] La figura 3 ilustra una forma de onda de una tension Vc entre los terminales de entrada de un rectificador 2.

[figura 4] La figura 4 ilustra los funcionamientos de un primer medio de conmutacion 3 y un segundo medio de conmutacion 4.

[figura 5] La figura 5 es un diagrama de bloques que ilustra una configuracion interna del medio de control 20.

[figura 6] La figura 6 es un diagrama de forma de onda de una senal de modulacion que determina la temporizacion del ENCENDIDO / APAGADO de cada uno de los medios de conmutacion.

[figura 7] La figura 7 ilustra un ejemplo de un diagrama de bloques de control que implementa el control mediante PWM descrito anteriormente.

[figura 8] La figura 8 es un diagrama de circuito de un convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la realizacion 3.

[figura 9] figura 9 es un diagrama de circuito de un convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la realizacion 5.

Numeros de referencia

1 fuente de alimentacion de corriente alterna

2 rectificador

3 primer medio de conmutacion

4 segundo medio de conmutacion

5 reactor

6 primer condensador

7 segundo condensador

8 carga

10 primer diodo

11 segundo diodo

14 segundo rectificador

20 medio de control

21 detector de tension

22 detector de corriente

23 detector de paso por cero de la fuente de alimentacion

24 medio de control del inversor

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Mejores modos para llevar a cabo la invencion Realizacion 1

La figura 1 es un diagrama de circuito de un convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la realizacion 1 de la presente invencion.

El circuito ilustrado en la figura 1 incluye una fuente de alimentacion de corriente alterna 1, un rectificador 2, un primer medio de conmutacion 3, un segundo medio de conmutacion 4, un reactor 5, un primer condensador 6, un segundo condensador 7, una carga de corriente continua 8, un primer diodo 10, un segundo diodo 11, una primera resistencia 12, una segunda resistencia 13, un medio de control 20, un detector de tension 21, un detector de corriente 22 y un detector de paso por cero de la fuente de alimentacion 23.

La fuente de alimentacion de corriente alterna 1 suministra alimentacion de corriente alterna desde el exterior del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100.

El rectificador 2 rectifica la alimentacion de corriente alterna de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 en corriente continua.

Un extremo del primer medio de conmutacion 3 esta conectado a un terminal de entrada del rectificador 2, y el otro extremo del mismo esta conectado a un punto de conexion del primer condensador 6 y el segundo condensador 7.

Un extremo del segundo medio de conmutacion 4 esta conectado al otro terminal de entrada del rectificador 2, y el otro extremo del mismo esta conectado a un punto de conexion del primer condensador 6 y el segundo condensador 7.

El reactor 5 esta conectado entre la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 y el primer medio de conmutacion 3 o el segundo medio de conmutacion 4, y tiene la funcion de controlar una corriente armonica.

El primer condensador 6 esta conectado a un terminal de salida del rectificador 2.

El segundo condensador 7 esta conectado al otro terminal de salida del rectificador 2.

La carga de corriente continua 8 esta conectada a una salida del rectificador 2.

El primer diodo 10 esta conectado en paralelo con el primer condensador 6, y el segundo diodo 11 esta conectado en paralelo con el segundo condensador 7.

La primera resistencia 12 esta conectada en paralelo con el primer condensador 6, y la segunda resistencia 13 esta conectada en paralelo con el segundo condensador 7.

El primer diodo 10 y el segundo diodo 11 tienen una polaridad que es opuesta a la del primer condensador 6 y el segundo condensador 7 y, por lo tanto, estan conectados en un estado llamado inversamente paralelo.

El primer medio de conmutacion 3 es, por ejemplo, un medio de conmutacion bidireccional formado utilizando un IGBT (transistor bipolar de puerta aislada - Insulated Gate Bipolar Transistor, en ingles) 3a y un rectificador de diodo 3b.

De manera similar, el segundo medio de conmutacion 4 es un medio de conmutacion bidireccional formado utilizando un IGBT 4a y un rectificador de diodo 4b.

El medio de control 20 acciona y controla el primer medio de conmutacion 3 y el segundo medio de conmutacion 4.

El medio de control 20 puede estar formado utilizando hardware, tal como un dispositivo de circuitos que implementa la funcion o, alternativamente, puede estar formado utilizando una unidad aritmetica, tal como un microordenador o una CPU (unidad central de procesamiento - Central Processing Unit, en ingles) y un software que define un funcionamiento de la unidad aritmetica.

El detector de tension 21 detecta la tension del terminal de salida del rectificador 2 y genera los resultados del medio de control 20.

El detector de corriente 22 detecta el valor instantaneo Is de una corriente de entrada que entra en el convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 desde la fuente de alimentacion de corriente alterna 1, y envfa los resultados de la deteccion al medio de control 20.

El detector de paso por cero de la fuente de alimentacion 23 detecta una fase 0 de la fuente de alimentacion y envfa los resultados de la deteccion al medio de control 20.

La configuracion del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la realizacion 1 se ha descrito anteriormente en el presente documento.

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A continuacion, se describira un funcionamiento del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la realizacion 1.

La figura 2 es un diagrama de circuito equivalente que ilustra un funcionamiento del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100.

El funcionamiento del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 se puede considerar equivalente al de una fuente de alimentacion de corriente alterna virtual 9 ilustrado en la figura 2 conectada en serie con el reactor 5. En particular, el primer medio de conmutacion 3 y el segundo medio de conmutacion 4 funcionan de manera tal que el convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 es equivalente a la fuente de alimentacion de corriente alterna virtual 9.

A continuacion, se describira un funcionamiento de la fuente de alimentacion de corriente alterna virtual 9.

Una corriente I que circula a traves del reactor 5 se define por una diferencia de tension entre la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 y la fuente de alimentacion de corriente alterna virtual 9.

Puesto que una corriente del reactor I es una cantidad de corriente alterna, una ecuacion del circuito de la figura 3 esta representada por la siguiente (Ecuacion 1):

[Ecuacion 1]

jwLI = Vs - Vc... (Ecuacion 1) en donde

w: frecuencia angular L: inductancia del reactor 5

j: numero imaginario Vs: tension de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 Vc: tension de la fuente de alimentacion de corriente alterna virtual 9.

La tension Vs de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 y la tension Vc de la fuente de alimentacion de corriente alterna virtual 9, que se supone son, ambas, sinusoidales, se representan mediante las siguientes (Ecuacion 2) y (Ecuacion 3):

[Ecuacion 2]

Vs = • Vi • sen (cot)... (Ecuacion 2)

Vc = • V2 • sen (cot - O)... (Ecuacion 3)

en donde

O: diferencia de fase entre Vs y Vc.

Si se supone que V1 = V2, la corriente del reactor I esta representada por la siguiente (Ecuacion 4):

[Ecuacion 3]

I = 1/(jwL) • 2 • sen (O/2) • cos (wt- O/2) ... (Ecuacion 4).

Si no hay ningUn cambio en la diferencia de fase O entre Vs y Vc, sen (O/2) es una constante. Si se supone que una parte constante de (Ecuacion 4) se denota de forma colectiva por K, la corriente del reactor I se representa mediante la siguiente (Ecuacion 5):

[Ecuacion 4]

I = - j • K • cos (wt - O/2)... (Ecuacion 5).

Tal como se describio anteriormente, la ecuacion del circuito de la figura 3 se ha representado utilizando la tension Vc de la fuente de alimentacion de corriente alterna virtual 9.

La anterior (Ecuacion 5) proporciona el siguiente hallazgo.

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Es dedr, cuando la tension Vc de la fuente de alimentacion de corriente alterna virtual 9 se genera en forma sinusoidal tal como se representa en la Ecuacion 3, la corriente del reactor I, que es una corriente de entrada, sera sinusoidal. En consecuencia, se controla una corriente armonica.

Cuando la diferencia de fase entre la corriente de entrada y la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 se convierte en cero, el factor de potencia de la fuente de alimentacion se convierte en el 100%.

Por lo tanto, las ondas armonicas de la corriente de entrada pueden ser controladas y el factor de potencia se puede mejorar controlando adecuadamente la amplitud de la tension V2 de la fuente de alimentacion de corriente alterna virtual y la diferencia de fase O y generando la tension sinusoidal Vc.

Por lo tanto, en la realizacion 1, el primer medio de conmutacion 3 y el segundo medio de conmutacion 4 son activados y controlados de tal manera que la tension Vc entre los terminales de entrada del rectificador 2 se hace sustancialmente sinusoidal.

A continuacion, se describiran los funcionamientos del primer medio de conmutacion 3 y el segundo medio de conmutacion 4 para hacer que la tension Vc sea sustancialmente sinusoidal.

La figura 3 ilustra una forma de onda de la tension Vc entre los terminales de entrada del rectificador 2.

La tension Vc toma estados de salida de tres niveles de 0, Vcc/2 y Vcc, tal como se ilustra en la figura 3, como resultado de los funcionamientos del primer medio de conmutacion 3 y el segundo medio de conmutacion 4. Lo mismo se aplica a la polaridad opuesta. Vcc es una tension de corriente continua de salida aplicada a la carga de corriente continua 8.

Los funcionamientos del primer medio de conmutacion 3 y del segundo medio de conmutacion 4 cuando la tension Vc toma estados de salida de tres niveles se describiran haciendo referencia a la siguiente figura 4.

La figura 4 ilustra los funcionamientos del primer medio de conmutacion 3 y del segundo medio de conmutacion 4. A continuacion, se describira cada estado de conmutacion de la figura 4.

(a) Tanto el primer medio de conmutacion 3 como el segundo medio de conmutacion 4 estan ENCENDIDOS

En el estado de la figura 4(a), tanto el primer medio de conmutacion 3 como el segundo medio de conmutacion 4 estan ENCENDIDOS. En este estado, se ha establecido un cortocircuito entre los terminales de entrada del rectificador 2 y, por lo tanto, la tension Vc = 0. Una seccion (1) en la figura 3 corresponde a este estado.

(b) El primer medio de conmutacion 3 esta ENCENDIDO y el segundo medio de conmutacion 4 esta APAGADO

En el estado de la figura 4(b), el primer medio de conmutacion 3 esta ENCENDIDO y el segundo medio de conmutacion 4 esta APAGADO. En este estado, la tension Vc entre los terminales de entrada del rectificador 2 es equivalente a las tensiones de los terminales del segundo condensador 7.

Por lo tanto, la tension Vc es la mitad de la tension de corriente continua Vcc de salida y, por lo tanto, Vc = Vcc/2. Una seccion (2) en la figura 3 corresponde a este estado.

(c) El primer medio de conmutacion 3 esta APAGADO y el segundo esta ENCENDIDO

En el estado de la figura 4(c), el primer medio de conmutacion 3 esta APAGADO y el segundo medio de conmutacion 4 esta ENCENDIDO. En este estado, la tension Vc a traves de los terminales de entrada del rectificador 2 es igual a las tensiones de los terminales a traves del primer condensador 6.

(d) Tanto el primer medio de conmutacion 3 como el segundo medio de conmutacion 4 estan APAGADOS

En el estado de la figura 4(d), el primer medio de conmutacion 3 y el segundo medio de conmutacion 4 estan APAGADOS. En este estado, el rectificador 2 entra en un estado de rectificacion de onda completa.

Por lo tanto, la tension Vc entre los terminales de entrada del rectificador 2 es equivalente a las tensiones de los terminales del primer condensador 6 y del segundo condensador 7 y, por lo tanto, la tension Vc = Vcc. Una seccion (3) en la figura 3 corresponde a este estado.

Con cada medio de conmutacion accionado y controlado tal como se ilustra en las figuras 4(a) a 4(d), la tension Vc entre los terminales de entrada, es decir, la tension del convertidor Vc, del rectificador 2 puede adoptar estados de tension de tres niveles.

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Controlando adecuadamente los tiempos de los estados de tension de tres niveles se puede generar una forma de onda de las tensiones de las secciones (1) a (3) de la figura 3 y, por lo tanto, se puede generar Vc en una forma sustancialmente sinusoidal.

Las figuras 4(e) a 4(h) son similares a las figuras 4(a) a 4(d), excepto por la polaridad invertida de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1. Las figuras 4(e) a 4(h) corresponden a las secciones (1)' a (3)' de la figura 3.

Anteriormente en el presente documento, se han descrito los funcionamientos del primer medio de conmutacion 3 y del segundo medio de conmutacion 4 para hacer la tension Vc sustancialmente sinusoidal.

Tal como se ha descrito anteriormente, en la realizacion 1 se pretende reducir una frecuencia de conmutacion y controlar la corriente armonica, proporcionando de este modo un reactor 5 mas compacto haciendo que el numero de niveles de la tension de salida (es decir, tres niveles de tension de 0, Vcc/2 y Vcc) sean mayores que los de la tecnica relacionada.

Por conveniencia de la explicacion, una operacion detallada del medio de control 20 se describira en la realizacion 2.

Tal como se describio anteriormente, segun la realizacion 1, el primer medio de conmutacion 3 y el segundo medio de conmutacion 4 pueden ser activados y controlados tal como se ilustra en las figuras 3 y 4, y la tension Vc entre los terminales de entrada, es decir, la tension Vc del convertidor, del rectificador 2 puede ser generada en una forma sustancialmente sinusoidal de tres niveles de tension.

De este modo, un reactor 5 mas compacto puede estar provisto de una baja frecuencia de conmutacion en comparacion con la tecnica de la tecnica relacionada, en la que el medio de conmutacion es accionado una o varias veces con respecto a un semiciclo de la fuente de alimentacion.

De acuerdo con la realizacion 1, puesto que se proporciona un mayor numero de niveles de la tension de salida, se puede llevar a cabo un control mediante PWM para realizar la activacion y el control a una frecuencia de conmutacion baja de, por ejemplo, alrededor de 1 kHz a 5 kHz.

De este modo, se puede suprimir un aumento en el coste de resolver un problema de ruido, por ejemplo, en el control mediante pWm de alta frecuencia.

Esto se debe a que la corriente de entrada se puede controlar para que sea sustancialmente sinusoidal simplemente generando la tension del convertidor Vc en forma sinusoidal sin ningun control de la corriente de entrada. Es decir, puesto que no se realiza ningun control del control de la corriente de entrada, se elimina la necesidad de una operacion de control de alta frecuencia.

Realizacion 2

En la realizacion 1, se ha descrito que la corriente de entrada es sustancialmente sinusoidal mediante la generacion de la tension del convertidor Vc en una forma sustancialmente sinusoidal, por lo que se controla el armonico.

En la realizacion 2 de la presente invencion, se describira en detalle un bloque de control del medio de control 20. Las configuraciones del circuito son las mismas que las descritas en la realizacion 1.

La figura 5 es un diagrama de bloques que ilustra una configuracion interna de un medio de control 20. El bloque de control de la figura 5 es un ejemplo de una configuracion de control que genera una PWM sin comparar de manera instantanea un valor instantaneo de la corriente de entrada con un valor de comando sinusoidal. A continuacion, en el presente documento, se describira una configuracion de la figura 5.

Un controlador PI 30 recibe una diferencia entre la tension de corriente continua Vcc detectada por el detector de tension 21 y un valor de comando de tension de corriente continua Vcc* que es un valor predeterminado que se establece de antemano, y ejecuta un calculo de control PI tal que Vcc se acerca a Vcc*. Un comando de control se genera como un valor de comando de corriente p Ip* de eje.

Un convertidor PQ 31 recibe un valor instantaneo Is de la corriente de entrada detectada por el detector de corriente 22 y una fase 0 del suministro de energfa detectada por detector de paso por cero de la fuente de alimentacion 23 y separa, utilizando estos valores, el valor instantaneo Is de la corriente de entrada en una componente de potencia activa (una componente del eje p) Ip y una componente de potencia reactiva (una componente del eje q) lq de la corriente de entrada y genera las componentes separadas.

A continuacion, en el presente documento, se dara una explicacion complementaria sobre una conversion de PQ.

Aunque la conversion PQ se utiliza tipicamente para convertir, por ejemplo, una corriente trifasica en una corriente biaxial, la conversion PQ se utiliza en la Is, que es una corriente monofasica en la realizacion 2.

Si la corriente trifasica se convierte en una corriente de eje pq, una componente activa y una componente reactiva pueden tomarse como valores instantaneos. Sin embargo, es conocido que, si la conversion PQ se aplica a la

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corriente monofasica, un resultado de conversion pulsara al doble de la frecuencia de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 (por ejemplo, Publicacion de Solicitud de Patente Japonesa No Examinada N° 1-174274).

Por lo tanto, el valor instantaneo de la corriente de eje pq no se puede aplicar directamente al control de corriente monofasico.

Por lo tanto, en la realizacion 2, para eliminar la pulsacion al doble de la frecuencia de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1, se aplican filtros de paso bajo (LPF - Low Pass Filter, en ingles) 32a y 32b a una salida del convertidor pq 31. Con esto, la pulsacion incluida en el resultado de la conversion PQ se puede eliminar, y se puede ejecutar un calculo de control apropiado.

Las salidas de los LPF 32a y 32b se convierten en una corriente Ip, componente de potencia activa, y una corriente Iq, componente de potencia reactiva, de Is, que es una corriente monofasica.

Puesto que la componente de potencia reactiva Iq se convierte en 0 cuando el factor de potencia de la fuente llega al 100%, la salida del controlador PI 30 que controla la tension de corriente continua Vcc al valor de comando Vcc* debe convertirse en el propio valor de comando Ip* de la corriente de la componente de potencia activa.

Por lo tanto, una diferencia con la corriente de la componente de potencia activa Ip es introducida en el controlador PI 33 y el calculo de control se ejecuta de manera tal que la salida del controlador Pi 30 se convierte en la propia Ip*. De manera similar, puesto que la corriente de la componente de potencia reactiva lq tambien debena convertirse en 0, la diferencia de Iq y 0 es introducida en el controlador PI 34, y se ejecuta el calculo de control.

Las salidas del controlador PI 33 y el controlador PI 34 son una tension de comando Vp* del componente de potencia activa y una tension de comando Vq* del componente de potencia reactiva. Un convertidor de pq inverso 35 realiza una conversion PQ inversa de estos valores de comando utilizando la fase de suministro de energfa 0.

Como resultado, el factor de potencia de la fuente se convierte en 100%, es decir, la componente de potencia reactiva de la corriente se convierte en 0. Ademas, se obtiene un valor de comando Vc* de las tensiones de los terminales de la fuente de alimentacion de corriente alterna virtual 9, que se convierte en la tension de corriente continua establecida previamente.

Se puede utilizar un circuito de PLL (bucle bloqueado en fase - Phase Locked Loop, en ingles) u otros circuitos para sincronizar el angulo de fase 0 con la fase de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1. Con esto, la precision en el angulo de fase 0 se puede mejorar y la corriente armonica se puede reducir aun mas.

Con el procedimiento descrito anteriormente, se puede determinar el valor de comando Vc* de la tension del convertidor.

Como tecnica para determinar los tiempos de ENCENDIDO / APAGADO del primer medio de conmutacion 3 y del segundo medio de conmutacion 4 de acuerdo con el valor de comando Vc* determinado de la tension del convertidor, puede utilizar una modulacion unipolar tfpica, por ejemplo.

La figura 6 es un grafico de forma de onda de una senal de modulacion que determina los tiempos de ENCENDIDO / APAGADO de cada medio de conmutacion. A continuacion, en el presente documento, se describira la figura 6.

La figura 6(a) es una senal de modulacion del primer medio de conmutacion 3 y la figura 6(b) es una senal de modulacion del segundo medio de conmutacion 4. Las formas de onda sinusoidales en las figuras 6(a) y 6(b) son valores de tension de comando del convertidor Vc*.

Puesto que un valor absoluto en un lado de electrodo negativo esta de acuerdo con el de un lado de electrodo positivo, se puede decir que las senales de modulacion en las figuras 6(a) y 6(b) cumplen con un metodo de modulacion unipolar.

En la figura 6(a), el primer medio de conmutacion 3 esta APAGADO en una seccion en la que la tension del convertidor Vc* es mayor que una onda triangular que es una onda portadora.

La figura 6(c) ilustra los tiempos de ENCENDIDO / APAGADO del primer medio de conmutacion 3. Un lado superior corresponde a ENCENDER y un lado inferior corresponde a APAGAr.

Puesto que el segundo medio de conmutacion 4 se convierte en un lado negativo para el convertidor tension de comando Vc*, la forma de onda de la senal de modulacion es la ilustrada en la figura 6(b) y tiene una fase invertida 180 grados con respecto a la de la figura 6(a).

Una forma de onda de la figura 6(d) que son los tiempos de ENCENDIDO / APAGADO del segundo medio de conmutacion 4 se obtiene de la misma manera que en la figura 6(c).

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La tension de comando del convertidor Vc* se obtiene asimismo sumando las formas de onda de las figuras 6(c) y 6(d). Sin embargo, puesto que el lado superior corresponde a la activacion del medio de conmutacion en las figuras 6(c) y 6(d), la suma se realiza siendo 0 el lado superior y siendo 1 el lado inferior, para facilitar la explicacion.

A continuacion, se obtiene una tension de comando de convertidor Vc* cortado, ilustrado en la figura 6(e).

Tal como se describio anteriormente, los tiempos de ENCENDIDO / APAGADO del primer medio de conmutacion 3 y del segundo medio de conmutacion 4 se pueden determinar de acuerdo con el valor de comando de tension del convertidor Vc* por medio de la aplicacion de la modulacion unipolar.

La figura 7 ilustra un ejemplo de un diagrama de bloques de control que implementa el control mediante PWM descrito anteriormente. Con el bloque de control ilustrado en la figura 5, se pueden generar senales de activacion para los IGBT 3a y 3b y se puede implementar el control mediante PWM descrito anteriormente.

El sistema de modulacion para la determinacion de los tiempos de ENCENDIDO / APAGADO del primer medio de conmutacion 3 y del segundo medio de conmutacion 4 se ha descrito anteriormente.

Tal como se describio anteriormente, en la realizacion 2, la tension del convertidor Vc entre los terminales de entrada del rectificador 2 se convierte en una tension de corte de tres niveles tal como se ilustra en la figura 6(e) por medio de la operacion de PWM del primer medio de conmutacion 3 y del segundo medio de conmutacion 4. Cuando se filtra la tension de corte, se obtiene una tension de forma de onda sustancialmente sinusoidal.

Puesto que la tension de corte tiene tres etapas, se aumenta la resolucion de la tension en comparacion con una forma de onda de corte de dos etapas. Por lo tanto, bajo la misma resolucion de la tension, la frecuencia portadora de la PWM puede reducirse aun mas.

En la realizacion 2, el control mediante PWM no se ejecuta comparando el valor instantaneo de la corriente de entrada Is con el valor de comando de la corriente de entrada sinusoidal y haciendo que estos valores se acerquen entre sf, sino que se ejecuta el control ilustrado en la figura 5.

Es decir, suponiendo que la salida del controlador PI 30 se convierte en Ip* cuando el factor de potencia de la fuente es del 100%, la comparacion se realiza con la tension de corriente continua Vcc indirectamente por medio del controlador PI 30 sin ninguna comparacion entre el valor de comando de la corriente sinusoidal de entrada y el valor instantaneo Is.

Por lo tanto, puesto que el control no se ejecuta cuando se compara siempre el valor instantaneo Is cambiante y el valor de comando, no es necesario ningun proceso de calculo de alta velocidad y, por lo tanto, el control de la corriente se puede implementar en un proceso aritmetico de baja velocidad.

Aunque resulta diffcil realizar el control de la corriente instantanea tal como se describio anteriormente cuando la fuente de alimentacion monofasica experimenta la conversion PQ, este problema se resuelve con la configuracion del circuito con la tension del convertidor Vc de tres niveles de tension y, por lo tanto, el control de corriente mediante la PWM de baja frecuencia se consigue en la realizacion 2.

Por lo tanto, el control de la corriente que, ffpicamente, requiere una PWM de alta frecuencia de 15 kHz a 20 kHz o mayor puede implementarse, por ejemplo, mediante el control de PWM de baja frecuencia, de aproximadamente 1 kHz a 5 kHz.

Por lo tanto, un aumento en el coste de resolver el problema de un ruido causado por el control mediante PWM de alta frecuencia se puede suprimir y, se puede conseguir una aplicacion practica a menores costes.

La tecnica de control de la realizacion 2 se puede considerar como una tecnica para conseguir una tension de salida deseada y el factor de potencia de 1 suministrando la tension de corriente continua Vcc de salida de nuevo al medio de control 20 para activar y controlar cada medio de conmutacion.

A este respecto, una tecnica de control de un medio de conmutacion en los tiempos de funcionamiento que se obtiene de antemano por medio de un calculo, se describe en el documento no de patente 1 mencionado anteriormente.

Puesto que los tiempos de ENCENDIDO / APAGADO del medio de conmutacion se pueden configurar de manera infinita de acuerdo con el angulo de fase, el numero de candidatos de solucion obtenidos mediante el calculo es infinito. Bajo este supuesto, ha sido en la practica muy diffcil obtener los tiempos de ENCENDIDO / APAGADO para hacer que la tension de corriente continua Vcc de salida tenga un valor deseado.

A continuacion, se propone una tecnica de busqueda de los tiempos optimos de ENCENDIDO / APAGADO utilizando GAen el documento no de patente 1.

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Sin embargo, aun no se ha encontrado ninguna tecnica que busque los tiempos de ENCENDIDO / APAGADO en la que la tension de corriente continua Vcc de salida se puede configurar en un valor deseado ademas de que se puede controlar el armonico.

Ademas, esta tecnica para buscar la solucion optima entre el numero infinito de candidatos tiempos de ENCENDIDO / APAGADO es diffcil de poner en practica en productos con diferentes condiciones de carga para la operacion y productos con multiples modelos.

Puesto que los tiempos de ENCENDIDO / APAGADO se determinan mediante el control de la retroalimentacion, no mediante un calculo, en la realizacion 2, una aplicacion practica es facil incluso para productos con diferentes condiciones de carga para la operacion y productos con multiples modelos.

Realizacion 3

La figura 8 es un diagrama de circuito de un convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la realizacion 3 de la presente invencion.

En el circuito de la figura 8, una configuracion del medio de conmutacion cambia con respecto a la configuracion del circuito de la figura 1. Otras configuraciones son iguales que las de la figura 1.

Un "primer rectificador" y un "segundo rectificador" en la realizacion 3 corresponden al rectificador 2.

En el circuito de la figura 8, los IGBT 3a y 4a, que son elementos de conmutacion de conduccion unidireccional, pueden realizar operaciones equivalentes a las de los medios de conmutacion bidireccionales ilustrados en la figura 1 por medio de una funcion del rectificador 14 de diodos.

Por lo tanto, la misma operacion de control que las descritas en las realizaciones 1 y 2 se puede realizar en la configuracion del circuito de la figura 8.

Con la configuracion del circuito ilustrada en la figura 8, puesto que el numero de diodos a traves de los cuales circula una corriente cuando los IGBT 3a y 4a estan encendidos es la mitad del numero de diodos en la figura 1, una perdida de conduccion de los diodos puede reducirse a la mitad de la de la configuracion del circuito de la figura 1.

Por consiguiente, la eficiencia de la conversion del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 se puede mejorar.

La configuracion del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la realizacion 3 se ha descrito anteriormente.

A continuacion, se describira un primer diodo 10 y un segundo diodo 11.

En un estado normal en el que el primer condensador 6 y el segundo condensador 7 que estan conectados en paralelo entre sf tienen carga electrica y tienen una tension positiva, el primer diodo 10 y el segundo diodo 11 no conducen y estan en estado APAGADO y, por lo tanto, son sinonimo de no estar conectados.

Sin embargo, en un estado en el que no se suministra tension desde la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 y el consumo de energfa en la carga de corriente continua 8 no es 0, la carga electrica del primer condensador 6 y el segundo condensador 7 se elimina.

En este momento, la carga de corriente continua 8 consume la carga electrica de manera uniforme del primer condensador 6 y del segundo condensador 7 que estan conectados en serie. Si el primer condensador 6 y el segundo condensador 7 no son de la misma capacitancia, la carga electrica permanece en uno de los condensadores incluso despues de que se consuma la carga electrica del otro y, por lo tanto, la tension de corriente continua Vcc de salida no es 0.

Puesto que la carga de corriente continua 8 continua el consumo de la carga electrica hasta que la tension de corriente continua Vcc de salida se convierte en 0, una cantidad de carga del condensador cuya carga electrica se ha consumido antes se convierte en negativa y, por lo tanto, se aplica una tension negativa.

Sin embargo, no se permite la aplicacion de la tension negativa a un condensador electrolftico que tenga una polaridad de tension.

Por lo tanto, se suprime que la cantidad de aplicacion de la tension negativa excede una cantidad de cafda de tension directa del diodo al conectar el primer diodo 10 y el segundo diodo 11 en inversamente paralelo con cada condensador.

Con esto, se puede evitar un fallo del condensador y se puede mejorar la fiabilidad. Debe agregarse que este efecto se produce tambien en las realizaciones 1 y 2.

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Realizacion 4

En la realizacion 4 de la presente invencion, por lo tanto, se describira el control de una corriente entrante y un metodo para iniciar el funcionamiento del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100.

Cuando tanto el primer medio de conmutacion 3 como el segundo medio de conmutacion 4 estan APAGADOS y la carga de corriente continua 8 esta consumiendo energfa electrica, una corriente circula a traves de cada condensador en un estado de rectificacion de onda completa, tal como se ilustra en la figura 4(d).

En este estado, cuando el primer medio de conmutacion 3 y el segundo medio de conmutacion 4 estan ENCENDIDOS, una corriente de carga circula a traves del primer condensador 6 y del segundo condensador 7. La corriente de carga se convierte en una gran corriente de arranque tras el arranque del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100.

Esta gran corriente se considera una corriente de arranque generada cuando cualquiera del primer medio de conmutacion 3 y el segundo medio de conmutacion 4 estan ENCENDIDOS y, por lo tanto, el estado de rectificacion se cambia del estado de rectificacion de onda completa a un estado de rectificacion duplicador de tension.

Puesto que la gran corriente entrante que circula tras el arranque del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 provoca tensiones en cada seccion, tal como cada medio de conmutacion y el rectificador 2, del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100, es preferible controlar la corriente entrante tanto como sea posible.

Se describira una tecnica para controlar la corriente entrante haciendo referencia a la figura 2.

Una corriente de entrada I de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 se determina mediante una diferencia de tension entre la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 y la fuente de tension virtual 9. Por lo tanto, es obvio que, si la tension de la fuente de tension virtual 9 es mayor que la de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 tras el inicio del funcionamiento de cada medio de conmutacion, no circula ninguna corriente entrante.

Por lo tanto, en la realizacion 4, el medio de control 20 lleva a cabo un control de tal manera que la tension de comando Vc* enviado desde el bloque de control ilustrado en la figura 5 resulte ser mayor que la tension de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1, y que la fase sea la misma que la de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 tras el inicio del control del accionamiento del primer medio de conmutacion 3 y del segundo medio de conmutacion 4.

Puesto que el control PI se utiliza en el medio de control 20, la integracion del control PI se utiliza como tecnica para implementar el control descrito anteriormente.

El medio de control 20 establece, como un valor inicial de un integrador, un valor tal que la tension de comando Vc* resulte ser mas alto que la tension de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 y que la fase sea la misma que la de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1.

Con esto, ninguna corriente entrante circula tras el inicio de cada medio de conmutacion y, por lo tanto, se puede conseguir un arranque suave.

En particular, si una tension de comando del eje q Vq* se establece en 0, la tension de comando Vc* entra en la misma fase con la fuente de alimentacion de corriente alterna 1. Ademas, si la tension de comando del eje p Vp* de la tension de comando Vc* es mayor que Vs, una tension mayor que la de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 puede ser generada como Vc*.

Aunque no se ilustra, puesto que la tension de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 fluctua, tambien es posible detectar la tension de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 y establecer un valor mayor que la tension detectada como la tension de comando del eje p Vp*. Alternativamente, se puede establecer una tension obviamente mas alta que una tension nominal, por ejemplo, una tension de 1,3 a 1,5 o mas veces de 200 V. No hace falta comentar que se puede obtener un efecto equivalente en cualquiera de los dos metodos.

La tecnica de control de la corriente entrante se ha descrito anteriormente.

A continuacion, se describira una tecnica para controlar un aumento rapido de la tension de corriente continua de salida.

Tras el arranque del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100, la diferencia de fase O entre la tension Vc del convertidor y la tension Vs de la fuente de alimentacion de corriente alterna 1 se restablece a 0 y la tension de corriente continua Vcc de salida aumenta despues del arranque del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100.

Puesto que la diferencia de fase O se retrasa preferiblemente para aumentar la tension de corriente continua Vcc de salida, el control se realiza para retrasar la diferencia de fase O despues del arranque del convertidor de corriente

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alterna en corriente continua 100. En este momento, la tension de corriente continua de salida puede aumentar rapidamente y, en algunos casos, se puede producir una fluctuacion de pendulo en el sistema de control.

Por lo tanto, en la realizacion 4, la diferencia de fase O se establece hacia una fase principal (por ejemplo, -10 grados) tras el arranque del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100. En particular, el medio de control 20 envfa la tension de comando Vc* de tal manera que, por ejemplo, la corriente de la componente de potencia reactiva de la corriente de entrada resulta ser 0 o menor.

Con esto, la carga de corriente continua 8 es una carga ligera o una carga pesada, un rapido aumento en la tension de corriente continua de salida despues del arranque se puede controlar y se puede conseguir un arranque suave.

Alternativamente, el medio de control 20 puede ejecutar el control de tal manera que el valor de comando de la tension de corriente continua Vc* aumenta suavemente. Tambien en este caso, de manera similar, se puede controlar un rapido aumento en la tension de corriente continua de salida despues del arranque y se puede conseguir un arranque suave.

Realizacion 5

La figura 9 es un diagrama de circuito de un convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la realizacion 5 de la presente invencion.

El circuito de la figura 9 es un circuito en el que la carga de corriente continua 8 en el diagrama de circuito ilustrado en la figura 1 de la realizacion 1 se reemplaza mediante un inversor 16 y un motor de iman permanente 15. Se proporciona una seccion de mantenimiento de la tension 17 en un terminal de salida del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100. Asimismo, se proporciona un medio de control del inversor 24 que controla el funcionamiento del inversor 16.

El medio de control del inversor 24 puede formarse utilizando hardware, tal como un dispositivo de circuito que implementa la funcion o, alternativamente, puede formarse utilizando un circuito integrado de semiconductores, tal como un microordenador o una CPU y un software que define una operacion del circuito integrado de semiconductores.

El medio de control del inversor 24 y el medio de control 20 pueden formarse utilizando una unidad aritmetica, tal como una sola CPU, y un software que define un funcionamiento de la unidad aritmetica, y pueden formarse de manera integrada.

A continuacion, en el presente documento, se dara una descripcion bajo el supuesto de que el medio de control del inversor 24 y el medio de control 20 estan integrados con la CPU 25. En este caso, el medio de control del inversor 24 esta integrado con una parte del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100.

Una tecnica para integrar el medio de control del inversor 24 y el medio de control 20 entre sf se describiran mas adelante.

Un funcionamiento del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la realizacion 5 es sustancialmente el mismo que el descrito en las realizaciones 1 a 4. Especialmente, la sustitucion de la carga mediante el inversor 16 y el motor de iman permanente 15 se describiran a continuacion.

Primero, se describira la capacidad de proporcionar grados de libertad adicionales en el diseno del motor electrico utilizando el circuito de la figura 9 como un controlador de motor electrico. Posteriormente, se describira una configuracion para controlar un aumento anormal instantaneo de la tension y, a continuacion, se describira una tecnica para integrar el medio de control del inversor 24 con el medio de control 20.

(1) Con respecto al grado de libertad en el diseno de un motor electrico

Con un motor electrico, cuanto menor sea la corriente necesaria para generar el mismo par, menor sera la perdida de cobre (el cuadrado de la resistencia multiplicado por la corriente).

Por ejemplo, en el caso de un motor smcrono de iman permanente, ya que el par por el iman permanente aumenta cuando aumenta la constante de tension electromotriz del motor electrico, se puede generar el mismo par con una corriente mas baja.

Ademas, a medida que se reduce la corriente, se presentara tambien un efecto de reduccion de la perdida de conduccion y la perdida de conmutacion del inversor que acciona el motor electrico.

Por consiguiente, se puede decir que el aumento de la constante de tension electromotriz del motor electrico y la reduccion de la corriente es el medio mas efectivo para aumentar la eficiencia.

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Cuando el motor electrico esta disenado de tal manera que la eficiencia aumenta en el momento de la rotacion a baja velocidad con un tiempo de funcionamiento prolongado, tal como en un motor electrico utilizado para un acondicionador de aire, la constante de tension electromotriz del motor electrico aumenta.

Puesto que la tension necesaria en un cierto numero de rotaciones aumenta a medida que la constante de tension electromotriz aumenta en un caso en el que el motor electrico experimenta una rotacion a alta velocidad para un enfriamiento rapido o un calentamiento rapido, la tension de corriente continua necesaria para que el inversor accione el motor electrico tambien aumenta.

En el pasado, existfan restricciones en el diseno de la especificacion del motor electrico bajo la consideracion de una relacion entre el numero maximo de rotaciones y la tension de corriente continua.

Aunque la eficiencia del motor electrico puede aumentar aumentando la tension de corriente continua y haciendo que la tension electromotriz sea alta tal como se ha descrito anteriormente, la eficiencia de conversion del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 disminuira cuando la tension de corriente continua Vcc de salida del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 aumenta para proporcionar la tension de corriente continua alta.

Es decir, un factor de potencia del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 disminuye significativamente y la corriente armonica aumenta.

Si la conmutacion se realiza varias veces durante un semiciclo de la fuente de alimentacion, tal como en las tecnicas descritas en los documentos de patente 3 y 4, solo se puede mostrar un pequeno efecto de que la tension de corriente continua se incrementa en una cantidad correspondiente a la cafda de tension del reactor 5. Si la tension de la corriente continua aumenta en una cantidad adicional, el factor de potencia disminuira significativamente y la corriente armonica aumentara.

Por la razon descrita anteriormente, ha sido diffcil con la tecnica relacionada proporcionar un controlador de motor electrico altamente eficiente, incluso aumentando la tension de corriente continua y haciendo que la tension electromotriz sea alta.

Sin embargo, en el convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la presente invencion, puesto que la operacion de control se puede realizar a una baja frecuencia portadora, la tension de salida aumenta mientras que el factor de potencia se reduce, de modo que se realiza una operacion de conversion altamente eficiente en comparacion con los convertidores de corriente alterna en corriente continua en los que se aumenta la tension, tal como en las tecnicas descritas en los documentos de patente 1 y 2.

Esto significa que el efecto de ahorro se puede mostrar de manera efectiva cuando el inversor 16 que acciona el motor de iman permanente 15 esta conectado como la carga de corriente continua 8 del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de la presente invencion.

Con esto, cuando el motor electrico esta disenado de tal manera que la eficiencia aumenta durante las operaciones de baja velocidad, y se hace que gire a una alta velocidad, se puede garantizar el numero maximo de rotaciones aumentando la tension de CC de salida del convertidor de corriente alterna en corriente continua 100.

Por lo tanto, la eficiencia durante las operaciones de baja velocidad, es decir, durante las operaciones normales puede mejorarse sin que se deteriore el rendimiento del acondicionador de aire incluso durante operaciones de sobrecarga, tales como enfriamiento rapido y calentamiento rapido.

De acuerdo con esto, cuando un controlador de motor electrico que acciona un motor electrico con una constante de tension electromotriz alta es proporcionado por el convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de la presente invencion, se mejora la eficiencia de funcionamiento de todo el motor electrico y se puede proporcionar un producto de alto ahorro de energfa.

(2) Control del aumento anormal instantaneo de la tension

El motor de iman permanente 15 puede detenerse debido, por ejemplo, a un fallo en el motor de iman permanente 15 o en el inversor 16, o a un ruido.

En este caso, para ciertas constantes de tension electromotriz del motor de iman permanente 15, una tension que excede la presion soportada del primer condensador 6 y el segundo condensador 7 puede ser aplicada a cada condensador por la energfa cuando el motor de iman permanente 15 no esta en funcionamiento.

A continuacion, el convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 de acuerdo con la realizacion 5 incluye una seccion de mantenimiento de la tension 17 que controla un aumento anormal instantaneo en la tension.

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25

30

35

40

45

La seccion de mantenimiento de la tension 17 se puede formar utilizando, por ejemplo, un protector de sobrecarga, un amortiguador de tension o un circuito en serie de una resistencia y un IGBT. Tambien se pueden utilizar otras configuraciones capaces de controlar una sobrecarga de energfa instantanea.

(3) Tecnica para integrar el medio de control del inversor 24 y el medio de control 20

El medio de control 20 y el medio de control del inversor 24 tienen diferentes objetos que controlar y, por lo tanto, pueden realizar el control mediante PWM para diferentes frecuencias portadoras. Ademas, se puede utilizar un valor de deteccion detectado, por ejemplo, por cada detector para el control tanto del medio de control 20 como del medio de control del inversor 24.

Por ejemplo, la tension de corriente continua Vcc detectada por el detector de tension 21 es utilizada tanto por el medio de control del inversor 24 como por el medio de control 20.

Cuando se toma el valor de deteccion en la CPU 25, es necesario realizar una deteccion en un tiempo de muestreo predeterminado. Normalmente, es preferible que el tiempo de muestreo predeterminado este sincronizado con el tiempo de la PWM.

Es decir, cuando el medio de control 20 y el medio de control del inversor 24 realizan el control mediante PWM en las diferentes frecuencias portadoras, se considera preferible la obtencion del valor de deteccion para dos tiempos de muestreo diferentes de acuerdo con cada una de las frecuencias.

Sin embargo, cuando se proporcionan dos tiempos de muestreo diferentes para cada uno del medio de control 20 y el medio de control del inversor 24, se deben requerir dos terminales para detectar el mismo valor, lo que resulta en un aumento en el coste.

Entonces, en la realizacion 5, la CPU 25 esta formada como sigue.

El convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 controla la tension de corriente continua Vcc para activary controlar el motor de iman permanente 15. A continuacion, en la realizacion 5, un primer valor de deteccion del medio de deteccion de tension 21 es la primera entrada al medio de control del inversor 24.

La CPU 25 muestra, en el momento en que el medio de control del inversor 24 realiza el control mediante PWM, el valor de deteccion de los medios de deteccion de tension 21 y lo entrega al medio de control del inversor 24.

El medio de control 20 obtiene el valor de deteccion del medio de control del inversor 24 en el momento en que el medio de control 20 realiza el control mediante PWM.

Con la tecnica descrita anteriormente, solo se requiere un unico terminal para la obtencion del mismo valor de deteccion y, por lo tanto, un aumento en el coste causado por tener los terminales redundantes se puede suprimir.

El suministro del valor de deteccion del medio de deteccion de tension 21 al medio de control del inversor 24 se basa primero en las siguientes razones.

El inversor 16 acciona el motor de iman permanente 15 en respuesta a la aplicacion de la tension de corriente continua. Es decir, el valor de deteccion del medio de deteccion de tension 21 se considera un valor de deteccion de la tension de entrada para el medio de control del inversor 24.

Por el contrario, el valor de deteccion del medio de deteccion de tension 21 se considera, para el convertidor de corriente alterna en corriente continua 100, como un resultado del control constante por el convertidor de corriente alterna en corriente continua 100.

En consecuencia, es necesario en la serie de tiempo de un regulador suministrar el valor de deteccion al medio de control del inversor 24, primero.

Mientras que la corriente de entrada Is es el resultado del funcionamiento del motor 15 para el inversor 16, el convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 utiliza la corriente de entrada Is como el valor de entrada en el calculo de control para una mejora en el factor potencia.

De este modo, la CPU 25 obtiene el valor de deteccion del detector de corriente 22 en el momento en que el medio de control 20 realiza el control mediante PWM. El medio de control del inversor 24 obtiene el valor de deteccion del medio de control 20.

Con la tecnica descrita anteriormente, el valor de deteccion utilizado para el control se puede llevar al control tanto del medio de control 20 como del medio de control del inversor 24 sobre la base de la prioridad y la necesidad sin ningun aumento en los puertos de deteccion redundantes de la CPU 25.

Con esto, el medio de control 20 y el medio de control del inversor 24 pueden integrarse con un solo circuito integrado de semiconductores, tal como la CPU 25, sin ningun aumento en el coste y, por lo tanto, se puede mostrar un efecto adicional de la reduccion de costes.

Realizacion 6

5 El convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 descrito en las realizaciones 1 a 5 se puede utilizar para unidades de energfa electrica para cargas que consumen energfa electrica de corriente continua.

Por ejemplo, el convertidor de corriente alterna en corriente continua 100 se puede aplicar a la electronica general del hogar, tal como un aire acondicionado, un congelador, una lavadora / secadora, un refrigerador, un deshumidificador, un calentador de agua con bomba de calor, una vitrina y una aspiradora. Ademas, el convertidor 10 de corriente alterna en corriente continua 100 se puede aplicar asimismo a un motor de ventilador, a un ventilador y a un secador de manos.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Un convertidor de corriente alterna en corriente continua, que comprende:

un rectificador (2), conectado a una fuente de alimentacion de corriente alterna monofasica (1) a traves de un reactor

(5);

dos condensadores (6, 7), conectados en serie entre los terminales de salida del rectificador (2);

un primer conmutador, conectado entre un terminal de entrada del rectificador (2) y un punto de conexion de los condensadores (6, 7);

un segundo conmutador, conectado entre el otro terminal de entrada del rectificador (2) y el punto de conexion de los condensadores (6, 7);

diodos (10, 11), conectados inversamente en paralelo con los condensadores (6, 7);

un detector de tension (21), que detecta las tensiones de los terminales de los condensadores (6, 7);

un detector de corriente (22), que detecta una entrada de corriente monofasica de la fuente de alimentacion de corriente alterna monofasica (1); y

un medio de control (20), que acciona y controla el primer conmutador y el segundo conmutador,

en el que el medio de control (20) acciona y controla el primer conmutador y el segundo conmutador de tal manera que las tensiones de los terminales de los condensadores (6, 7) son fijadas y se mejora el factor de potencia de la fuente de alimentacion utilizando una componente de potencia activa y una componente de potencia reactiva obtenidas por conversion de los resultados de deteccion del detector de corriente (22) y de los resultados de deteccion del detector de tension (21), caracterizado por que

el medio de control (20) convierte el resultado de la deteccion del detector de corriente (22) en una corriente de componente de potencia activa y una corriente de componente de potencia reactiva, y realiza un control tal que las tensiones de los terminales de los condensadores (6, 7) son fijas utilizando la corriente de la componente de potencia activa,

el medio de control (20) incluye un medio (32a, 32b) que elimina una componente de pulsacion que tiene el doble de la frecuencia de la de la fuente de alimentacion de corriente alterna monofasica (1) y que esta incluida en la corriente de la componente de potencia activa y la corriente de la componente de potencia reactiva, y

el medio de control (20) acciona y controla el primer medio de conmutacion (3) y el segundo medio de conmutacion (4) en base a una componente de potencia activa (Ip) y una componente de potencia reactiva (Iq) que son componentes que quedan despues de eliminar la componente de pulsacion de la corriente de la componente de potencia activa y la corriente de la componente de potencia reactiva, de tal modo que la tension del convertidor entre los terminales de entrada del rectificador 2 se convierte en una tension de corte de tres niveles.
2. Un convertidor de corriente alterna en corriente continua, que comprende:

un primer rectificador, conectado a una fuente de alimentacion de corriente alterna monofasica (1) a traves de un reactor (5);

un segundo rectificador (14), conectado en paralelo al primer rectificador;

dos condensadores (6, 7), conectados en serie entre los terminales de salida del primer rectificador;

dos conmutadores, conectados en serie entre los terminales de salida del segundo rectificador (14);

diodos (10, 11), conectados inversamente en paralelo con los condensadores (6, 7);

un detector de tension (21), que detecta las tensiones de los terminales de los condensadores (6, 7);

un detector de corriente (22), que detecta una entrada de corriente monofasica de la fuente de alimentacion de corriente alterna monofasica (1); y

un medio de control (20), que acciona y controla los dos conmutadores,

en el que un punto de conexion de los condensadores (6, 7) y un punto de conexion de los conmutadores estan conectados, y el medio de control (20) acciona y controla el primer conmutador y el segundo conmutador de tal manera que las tensiones de los terminales de los condensadores (6, 7) son fijadas y se mejora el factor de potencia

18

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

de la fuente de alimentacion utilizando una componente de potencia activa y una componente de potencia reactiva obtenida por conversion de los resultados de deteccion del detector de corriente (22) y los resultados de deteccion del detector de tension (21), caracterizado por que

el medio de control (20) convierte el resultado de la deteccion del detector de corriente (22) en una corriente de componente de potencia activa y una corriente de componente de potencia reactiva, y realiza un control tal que las tensiones de los terminales de los condensadores (6, 7) son fijadas utilizando la corriente de la componente de potencia activa,

el medio de control (20) incluye un medio (32a, 32b) que elimina una componente de pulsacion que tiene el doble de frecuencia que la de la fuente de alimentacion de corriente alterna monofasica (1) y que esta incluido en la corriente de la componente de potencia activa y corriente de la componente de potencia reactiva, y

el medio de control (20) acciona y controla el primer medio de conmutacion (3) y el segundo medio de conmutacion (4) en base a una componente de potencia activa (Ip) y una componente de potencia reactiva (Iq), que son componentes que quedan despues de eliminar la componente de pulsacion de la corriente de la componente de potencia activa y la corriente de la componente de potencia reactiva, de tal modo que la tension del convertidor entre los terminales de entrada del rectificador (2) se convierte en una tension de corte de tres niveles.
3. El convertidor de corriente alterna en corriente continua de la reivindicacion 1 o 2, en el que el medio de control (20) acciona y controla los conmutadores de tal manera que, durante un semiciclo de la fuente de alimentacion de corriente alterna monofasica (1), los rectificadores toman cuatro estados de rectificacion que son un estado de rectificacion de onda completa, un estado de rectificacion del primer duplicador de tension, un estado de rectificacion del segundo duplicador de tension y un estado de cortocircuito de la fuente de alimentacion.
4. El convertidor de corriente alterna en corriente continua de la reivindicacion 3, en el que el medio de control (20) controla un factor de potencia de la fuente de alimentacion utilizando la corriente de la componente de potencia reactiva.
5. El convertidor de corriente alterna en corriente continua de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el medio de control (20) calcula un valor de comando de una tension de la componente activa de la tension entre los terminales de entrada de los rectificadores utilizando la corriente de la componente de potencia activa, calcula un valor de comando de una tension de la componente de potencia reactiva de la tension entre los terminales de entrada de los rectificadores utilizando la corriente de la componente de potencia reactiva, calcula una tension de comando entre los terminales de entrada de los rectificadores utilizando estos valores, y acciona y controla el primer conmutador bidireccional y el segundo conmutador de tal modo que la tension entre los terminales de entrada de los rectificadores se acerca al valor de comando.
6. El convertidor de corriente alterna en corriente continua de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el medio de control (20) realiza el control, tras el arranque de la activacion y el control de los conmutadores, de tal manera que la tension de comando de la componente de potencia activa de la tension entre los terminales de entrada de los rectificadores resulta ser mas alta que la tension de la fuente de alimentacion de corriente alterna monofasica (1).
7. El convertidor de corriente alterna en corriente continua de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el medio de control (20) realiza el control, tras el arranque de la activacion y el control de los conmutadores, de tal modo que la tension de comando de la componente de potencia reactiva de la tension entre los terminales de entrada de los rectificadores se convierte en 0.
8. El convertidor de corriente alterna en corriente continua de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el medio de control (20) genera, tras el arranque de la activacion y el control de los conmutadores, un valor de comando de tension de la tension entre los terminales de entrada de los rectificadores, de tal manera que la componente de potencia reactiva de la corriente de entrada se convierte en 0 o menor.
9. Un activadorde motor electrico, que comprende:

el convertidor de corriente alterna en corriente continua de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8;

un inversor, que convierte la salida de potencia de corriente continua del convertidor de corriente alterna en corriente continua en potencia de corriente alterna, y activa un motor electrico de iman permanente; y

un medio de control del inversor (24), que controla un funcionamiento del inversor,

en el que el medio de control (20) y el medio de control del inversor (24) se implementan en un solo circuito integrado de semiconductores.
10. El controlador de motor electrico de la reivindicacion 9, en el que el circuito integrado de semiconductores obtiene los resultados de deteccion del detector de tension (21) en sincronizacion con el tiempo de control mediante PWM ejecutado por el medio de control de inversor (24), y obtiene los resultados de deteccion del detector de corriente (22) en sincronizacion los tiempos del control mediante PWM ejecutado por el medio de control (20).