ES2898696T3 - Aparato para detectar fallo del relé de potencia del inversor - Google Patents

Aparato para detectar fallo del relé de potencia del inversor Download PDF

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Abstract

Un aparato para detectar un fallo en un relé de potencia (120) de un inversor, en donde el relé de potencia (120), en paralelo con un resistor de carga inicial (110), está ubicado a lo largo de un enlace de CC que alimenta el inversor y un capacitor (130), que comprende el aparato: un sensor de tensión (140) configurado para medir la tensión de un enlace de CC; una unidad de almacenamiento (180) configurada para almacenar una constante de tiempo de un capacitor (130) y una tensión de referencia medida cuando no se produce una caída de tensión en el enlace de CC; y un controlador (160) configurado para determinar, cuando se produce una caída de tensión en el enlace de CC, si hay un fallo en el relé de potencia (120) basado en una diferencia entre la tensión de referencia y una tensión medida después de que haya transcurrido un período de tiempo correspondiente a la constante de tiempo; caracterizado porque el aparato que comprende además un sensor de corriente (150) configurado para medir una corriente de salida en una etapa de inversión (300); la unidad de almacenamiento (180) se configura para almacenar la resistencia del resistor de carga inicial (110); y el controlador (160) se configura para comparar las diferencias entre las tensiones con una caída de tensión determinada por la corriente de salida y la resistencia para determinar si hay un fallo en el relé de potencia (120).

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato para detectar fallo del relé de potencia del inversor
Antecedentes
1. Campo Técnico
La presente descripción se refiere a un aparato para detectar el fallo en un relé de potencia de un inversor.
2. Descripción de la Técnica Relacionada
Cuando se pone en marcha un inversor, se lleva a cabo la carga inicial. Durante la carga inicial, se abre un relé de potencia conectado en paralelo a un resistor de carga inicial. El resistor de carga inicial sirve para evitar una corriente de entrada durante la carga inicial. A partir de ahí, el relé de potencia del inversor se cierra mediante el uso de una señal de control para la operación normal del inversor.
La Figura 1 es un diagrama que ilustra un flujo de corriente durante la carga inicial del inversor.
Haciendo referencia a la Figura 1, una etapa de conversión 20 convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) y proporciona un circuito de suavizado con la corriente continua (CC).
La unidad de suavizado incluye típicamente un enlace de CC en el que se dispone un capacitor 13, una resistencia 11 y un relé de potencia 12.
Cuando se acciona el inversor, fluye una corriente como lo indica la flecha © de la Figura 1. Esto es para evitar una corriente de entrada durante la introducción de la corriente inicial. Cuando el relé de potencia 12 se cierra (ENCENDIDO) por una señal de control que se genera dentro del inversor, fluye una corriente como lo indica la flecha @. La corriente fluye como lo indica la flecha @ incluso cuando se acciona un motor 40, y aumenta una corriente de salida a una etapa de inversión 30, de manera que la corriente (icc) también aumenta. Si el relé de potencia 12 se daña durante el accionamiento del motor 40, la corriente puede fluir de nuevo como lo indica la flecha © , de manera que la corriente que fluye en el resistor de carga inicial 11 puede desviarse de la capacidad nominal. Como resultado, el resistor de carga inicial 11 puede dañarse y puede provocar calor, de manera que la estructura interna del inversor también puede dañarse. El documento US 2013/314012 A1 describe una solución técnica anterior para determinar daños en un relé de potencia de un inversor. Otros ejemplos de detectores de fallos para relés inversores se describen en US 2008/150369 A1 y en US 2011/084704 A1.
Resumen
Es un objetivo de la presente descripción proporcionar un aparato para detectar un fallo en un relé de potencia de un inversor, que incluye un sensor de tensión único y determina si hay un fallo en el relé de potencia calculando una caída de tensión.
Tal aparato para detectar un fallo en un relé de potencia de un inversor, es decir, la invención, se define mediante las reivindicaciones.
Los objetivos de la presente descripción no se limitan a los objetivos descritos anteriormente y otros objetivos y ventajas pueden apreciarse por los expertos en la técnica a partir de las siguientes descripciones. Además, se apreciará fácilmente que los objetivos y ventajas de la presente descripción pueden llevarse a la práctica por los medios que se mencionan en las reivindicaciones adjuntas y una de sus combinaciones.
De acuerdo con un aspecto de la presente descripción, un aparato para detectar un fallo en un relé de potencia de un inversor, en donde el relé de potencia, en paralelo con un resistor de carga inicial, está ubicado a lo largo de un enlace de CC que alimenta el inversor y un capacitor. El aparato incluye: un sensor de tensión configurado para medir la tensión de un enlace de CC; un sensor de corriente configurado para medir una corriente de salida en una etapa de inversión; una unidad de almacenamiento configurada para almacenar una constante de tiempo de un capacitor, y una tensión de referencia medida cuando no se produce una caída de tensión en el enlace de CC; y un controlador configurado para determinar, cuando se produce una caída de tensión en el enlace de CC, si hay un fallo en el relé de potencia basado en una diferencia entre la tensión de referencia y una tensión medida después de que haya transcurrido un período de tiempo correspondiente a la constante de tiempo . El aparato que comprende además un sensor de corriente configurado para medir una corriente de salida en una etapa de inversión. La unidad de almacenamiento se configura para almacenar la resistencia del resistor de carga inicial y el controlador se configura para comparar la diferencia entre las tensiones con una caída de tensión determinada por la corriente de salida y la resistencia, determinando de esta manera si hay un fallo en el relé de potencia.
De acuerdo con una modalidad ilustrativa, el controlador puede comparar una velocidad de caída de tensión para cada unidad de tiempo medida cuando se produce la caída de tensión con una velocidad calculada en base a la corriente de salida medida, determinando de esta manera si la caída de voltaje dura.
El controlador puede determinar si hay un fallo en el relé de potencia cuando la caída de tensión perdura el período de tiempo constante.
De acuerdo con una modalidad ilustrativa de la presente descripción, empleando un solo sensor de tensión y calculando una caída de tensión, es posible determinar si hay un fallo en un relé de potencia.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama que ilustra un flujo de corriente durante la carga inicial de un inversor;
La Figura 2 es un diagrama que ilustra un aparato para detectar un fallo en un relé de potencia de un inversor de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la presente descripción;
La Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra un método para detectar un fallo en un relé de potencia de un inversor de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la presente descripción;
La Figura 4 es un gráfico que ilustra la caída de tensión a lo largo del tiempo.
La Figura 5 ilustra las características de una corriente de salida al inversor.
Descripción detallada
Los objetivos, características y ventajas anteriores se harán evidentes a partir de la descripción detallada con referencia a los dibujos acompañantes. Las modalidades se describen con suficiente detalle para permitir a los expertos en la técnica poner en práctica fácilmente la idea técnica de la presente descripción. Pueden omitirse descripciones detalladas de funciones o configuraciones bien conocidas para no oscurecer innecesariamente la esencia de la presente descripción. En lo sucesivo, las modalidades de la presente descripción se describirán en detalle con referencia a los dibujos acompañantes. A lo largo de los dibujos, los numerales de referencia similares se refieren a elementos similares.
Las modalidades de la presente descripción se describirán en lo sucesivo con referencia a los dibujos adjuntos. La Figura 2 es una vista que ilustra un aparato para detectar un fallo en un relé de potencia de un inversor de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.
Haciendo referencia a la Figura 2, el aparato para detectar un fallo en un relé de potencia de un inversor puede incluir un sensor de tensión 140, un sensor de corriente 150, un controlador 160, una unidad de visualización 170 y una unidad de almacenamiento 180.
El aparato para detectar un fallo en un relé de potencia del inversor de acuerdo con una modalidad de la presente descripción puede ser un elemento interno del inversor o puede ser un dispositivo externo o componente conectado de manera desmontable al inversor. Es decir, el alcance técnico de la presente descripción no se limita por un aparato para detectar un fallo en el relé de potencia del inversor, sino que incluye un inversor capaz de detectar un fallo en el relé de potencia.
Una etapa de conversión 200 puede convertir una tensión de CA en una tensión de CC.
La etapa de inversión 300 puede convertir una tensión CC suavizada por un capacitor 130 en una tensión CA trifásica, y puede proporcionar al motor 400 la tensión CA trifásica.
El resistor de carga inicial 110 se puede disponer entre la etapa de conversión 200 y un enlace de CC que tiene al capacitor 130. El resistor de carga inicial 110 también se puede conectar en paralelo al relé de potencia 120.
El resistor de carga inicial 110 puede evitar que se produzca una corriente de entrada durante el accionamiento inicial del inversor.
El relé de potencia 120 se puede disponer entre la etapa de conversión 200 y el enlace de CC que tiene el capacitor 130 y se puede conectar en paralelo al resistor de carga inicial 110.
El relé de potencia 120 permanece abierto (APAGADO) antes de accionar el inversor. El relé de potencia 120 se cierra (ENCENDIDO) de acuerdo con una señal de control generada dentro del inversor después de que ha transcurrido un período de tiempo predeterminado.
El capacitor 130 se puede disponer entre la etapa de conversión 200 y la etapa de inversión 300 y puede suavizar la tensión de CC generada por el convertidor 200.
El sensor de tensión 140 se puede conectar a ambos extremos del capacitor 130 del enlace de CC, puede medir una tensión de enlace de CC aplicada al capacitor 130 y se puede proporcionar al controlador 160 la tensión de enlace de CC medida. La tensión del enlace de CC se puede medir a intervalos regulares de una unidad de tiempo. Por ejemplo, el sensor de tensión 140 puede medir periódicamente la tensión del enlace de CC a intervalos de 1 milisegundo (ms). El sensor de corriente 150 puede medir una corriente de salida a la etapa de inversión 300 y puede proporcionar al controlador 160 la corriente de salida medida.
El controlador 160 puede almacenar la tensión del enlace de CC medida por el sensor de tensión 140 en la unidad de almacenamiento 180. Una tensión de referencia, que es una tensión medida cuando la tensión se estabiliza (es decir, cuando no se produce caída de tensión), se puede almacenar en la unidad de almacenamiento 180.
Además, cuando se produce una caída de tensión en el enlace de CC, el controlador 160 puede comparar una velocidad de caída de tensión por unidad de tiempo medida por el sensor de tensión 140 con una velocidad calculada mediante el uso de la corriente de salida medida por el sensor de corriente 150, para determinar si existe un fallo basado en los resultados de la comparación.
La comparación entre la velocidad de caída de tensión por unidad de tiempo y la velocidad calculada basada en la corriente de salida se puede representar mediante la Expresión matemática 1 más abajo:
[Expresión 1]
Figure imgf000004_0001
donde n y n+1 son símbolos para distinguir los tiempos de medición de tensión, isalida denota una corriente de salida, icn denota una corriente nominal, tP denota un intervalo de tiempo entre los tiempos de medición de tensión, ice denota una corriente que pasa a través del resistor de carga inicial 110, R denota el resistor de carga inicial 110, y t denota una constante de tiempo del circuito RC.
En la expresión 1, la velocidad de caída de tensión por unidad de tiempo depende de la corriente de salida que se compara con el valor adquirido al dividir la corriente calculada (isalida) por la constante de tiempo t. La caída de tensión puede producirse por varias razones. Entre las caídas de tensión causadas por varias razones, la Expresión 1 proporciona una base para suponer que la caída de tensión es causada por daños en el relé de potencia 120. Es decir, mediante el uso de la Expresión 1, el controlador 160 determina que existe una alta posibilidad de que la cantidad de caída de tensión por unidad de tiempo sea igual a la cantidad de caída de tensión a través del resistor de carga inicial 110 resultante del relé de potencia dañado 120.
La corriente ice puede calcularse en base a isalida, que se describirá más adelante.
El controlador 160 puede determinar que la caída de tensión perdura si el lado izquierdo es mayor que el lado derecho en la Expresión 1.
Por ejemplo, el controlador 160 puede almacenar continuamente la tensión del enlace de CC en la unidad de almacenamiento 180 mientras determina si dicha caída de tensión perdura.
Si la caída de tensión perdura un período de tiempo que corresponde a una constante de tiempo, el controlador 160 puede determinar que hay un fallo en el relé de potencia 120.
El controlador 160 puede determinar si hay un fallo en el relé de potencia 120 comparando la diferencia entre la tensión de referencia almacenada con la tensión medida después de que haya transcurrido la constante de tiempo con el valor calculado.
El valor calculado es la cantidad de caída de tensión calculada mediante el uso de la corriente de salida y la resistencia, que se comparan como se representa en la Expresión Matemática 2:
[Expresión 2]
Figure imgf000005_0001
donde V; denota una tensión de referencia, y Vf indica una tensión medida después de que ha transcurrido un período de tiempo que corresponde a la constante de tiempo.
El controlador 160 puede determinar que hay un fallo en el relé de potencia 120 si el lado izquierdo es más grande que el lado derecho en la Expresión 2, y puede determinar que no hay fallo en el relé de potencia 120 de cualquier otra manera.
La unidad de visualización 170 se puede conectar al controlador 160 para mostrar información bajo el control del controlador 160 y puede indicar si hay un fallo en el relé de potencia 120.
La unidad de visualización 170 puede incluir una lámpara de diodo emisor de luz (LED), que puede usarse para indicar si hay un fallo en el relé de potencia 120. Debe notarse que esto es meramente ilustrativo. La unidad de visualización 170 puede implementarse como una pantalla, de manera que un usuario puede comprobar si hay un fallo en la pantalla.
Cuando la unidad de visualización 170 se implementa como una pantalla, la unidad de visualización 170 puede incluir una pantalla táctil. En este caso, el usuario puede verificar si hay un fallo tocando la pantalla táctil.
La unidad de visualización 170 también se puede reemplazar por un altavoz que se puede incorporar en el inversor. Si el controlador determina que hay un fallo en el relé de potencia 120, opera el altavoz para notificar de forma audible al usuario que hay un fallo en el relé de potencia 120.
La unidad de almacenamiento 180 se puede conectar al controlador 160 y puede almacenar la resistencia del resistor de carga inicial 110, la constante de tiempo relacionada con el capacitor 130, la tensión de referencia, la corriente nominal y similares.
La unidad de almacenamiento 180 también puede almacenar el historial de tensiones medidas mientras que el controlador 160 determina si la caída de tensión perdura.
La Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra un método para detectar un fallo en el relé de potencia del inversor de acuerdo con una modalidad ilustrativa de la presente descripción.
El método ilustrado en la Figura 3 lo puede llevar a cabo el aparato para detectar un fallo en el relé de potencia del inversor. En la siguiente descripción, el método lo lleva a cabo el aparato para detectar un fallo en el relé de potencia del inversor.
En la etapa S301, el sensor de tensión 140 puede medir una tensión de referencia.
El controlador 160 puede almacenar la tensión de referencia medida en la unidad de almacenamiento 180.
En la etapa S303, el controlador 160 puede determinar si iniciar la detección.
La determinación de si se inicia la detección significa determinar si se inicia la determinación de si una caída de tensión perdura.
Se determina si iniciar la detección en base a la Expresión 1. Si el lado izquierdo es más grande que el lado derecho de la Expresión 1, puede continuar con la etapa S305, de cualquier otra manera puede volver a la etapa S301.
En la etapa S305, el controlador 160 puede recibir información con respecto a una tensión medida a intervalos regulares y puede determinar si la caída de tensión perdura. Si continuamente se produce una caída de tensión, se continúa a la etapa S307. De cualquier otra manera, el proceso vuelve a la etapa S301.
En la etapa S307, el controlador 160 puede determinar si un tiempo ha transcurrido más que la constante de tiempo después de que ha comenzado la detección. Si es así, continúa con la etapa S309. De cualquier otra manera, el proceso vuelve a la etapa S305.
En la etapa S309, el controlador 160 puede determinar si hay un fallo en el relé de potencia 120. Se puede determinar si hay un fallo basado en la Expresión 2. Si el lado izquierdo es más grande que el lado derecho en la Expresión 2, se continúa a la etapa S311. De cualquier otra manera, el proceso vuelve a la etapa S301.
En la etapa S311, el controlador 160 puede determinar si existe un fallo en el relé de potencia 120. El controlador 160 puede registrar un fallo en el relé de potencia 120 en la unidad de almacenamiento 180.
En la etapa S313, el controlador 160 puede indicar si hay un fallo en el relé de potencia 120.
La Figura 4 es un gráfico que ilustra la caída de tensión a lo largo del tiempo.
En el gráfico, Vcc indica la tensión a través del enlace de CC, es decir, la tensión medida por el sensor de tensión 140. En el momento © , se mide una tensión de referencia y no se produce ninguna caída de tensión. Este punto puede indicar que el relé de potencia 120 está operando normalmente.
En el momento (2), el controlador 160 determina si se inicia la detección. Se puede determinar si iniciar la detección en base a la Expresión 1.
En los momentos © a © , el controlador 160 determina si la caída de tensión perdura.
En el momento @, la constante de tiempo ha transcurrido y el controlador 160 determina si hay un fallo en el relé de potencia 120.
La Figura 5 ilustra las características de la corriente de salida al inversor 300.
La vista en el lado superior izquierdo de la Figura 5 muestra los componentes de la tensión de salida trifásica (es decir, fase a, fase b y fase c) a lo largo del tiempo. La vista en el lado inferior izquierdo de la Figura 5 muestra los componentes de la corriente de salida trifásica a lo largo del tiempo. La vista del lado derecho de la Figura 5 muestra formas de onda de conmutación durante un período de tiempo Ts en el intervalo de n/2 a 5n/6.
El promedio de la corriente de salida para el período de tiempo Ts se convierte en el componente ice de la corriente de salida.
La corriente de salida durante un período de tiempo (Ts - ta te) se vuelve cero, y la corriente de salida durante un período de tiempo (ta - tb) puede ser ia. La corriente de salida durante un período de tiempo (tb - te) puede ser ia+ib. El intervalo de n/2 a 5n/6 puede repetirse seis veces. Al expandir la expresión con respecto a la icc mediante el uso del intervalo como un intervalo representativo, las Expresiones 3 y 4 más abajo se pueden obtener:
[Expresión 3]
Figure imgf000006_0001
[Expresión 4]
Figure imgf000006_0002
en donde
Figure imgf000006_0003
Sustituyendo la Expresión 4 en la Expresión 3, se puede calcular icdusando la Expresión 5:
[Expresión 5]
. 3V2 .
ícd ~ ^ ¿salida ' ^1 ' p f m
donde m denota un índice de modulación, y pfm denota la eficiencia del inversor.
De acuerdo con una modalidad de la presente descripción, el controlador 160 puede usar la Expresión 5 para calcular ice en la Expresión 1 o la Expresión 2.
La unidad de almacenamiento 180 puede almacenar el índice de modulación m y la eficiencia del inversor, y el controlador 160 puede usar el índice de modulación almacenado y la eficiencia del inversor para calcular la Expresión 5.
La presente descripción no se limita a las modalidades ilustrativas mencionadas anteriormente y los dibujos que las acompañan. En consecuencia, el verdadero alcance de la presente descripción que se busca proteger está definido únicamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un aparato para detectar un fallo en un relé de potencia (120) de un inversor, en donde el relé de potencia (120), en paralelo con un resistor de carga inicial (110), está ubicado a lo largo de un enlace de CC que alimenta el inversor y un capacitor (130), que comprende el aparato:
    un sensor de tensión (140) configurado para medir la tensión de un enlace de CC;
    una unidad de almacenamiento (180) configurada para almacenar una constante de tiempo de un capacitor (130) y una tensión de referencia medida cuando no se produce una caída de tensión en el enlace de CC; y un controlador (160) configurado para determinar, cuando se produce una caída de tensión en el enlace de CC, si hay un fallo en el relé de potencia (120) basado en una diferencia entre la tensión de referencia y una tensión medida después de que haya transcurrido un período de tiempo correspondiente a la constante de tiempo;
    caracterizado porque
    el aparato que comprende además un sensor de corriente (150) configurado para medir una corriente de salida en una etapa de inversión (300);
    la unidad de almacenamiento (180) se configura para almacenar la resistencia del resistor de carga inicial (110); y
    el controlador (160) se configura para comparar las diferencias entre las tensiones con una caída de tensión determinada por la corriente de salida y la resistencia para determinar si hay un fallo en el relé de potencia (120).
    El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el controlador (160) se configura para comparar la diferencia entre las tensiones con una caída de tensión determinada por la corriente de salida y la resistencia de acuerdo con:
    Figure imgf000008_0001
    en donde V; denota la tensión de referencia, Vf indica la tensión medida después de que haya transcurrido un período de tiempo correspondiente a la constante de tiempo, isalida denota la corriente de salida medida, icn una corriente nominal, ice denota una corriente que pasa a través del resistor de carga inicial (110), y R denota la resistencia del resistor de carga inicial (110), determinando de esta manera si hay un fallo en el relé de potencia (120).
    El aparato de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde el controlador (160), cuando se produce la caída de tensión, se configura para comparar una velocidad de caída de tensión por unidad de tiempo con una velocidad calculada en base a la corriente de salida medida, determinando de esta manera si la caída de tensión perdura.
    El aparato de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el controlador (160) se configura para determinar si hay un fallo en el relé de potencia (120) cuando la caída de tensión perdura un período de tiempo que corresponde a la constante de tiempo.
ES17182267T 2017-03-06 2017-07-20 Aparato para detectar fallo del relé de potencia del inversor Active ES2898696T3 (es)

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