BRPI0511697B1

BRPI0511697B1 - sistema de propulsão de baixa perda

Info

Publication number: BRPI0511697B1
Application number: BRPI0511697A
Authority: BR
Inventors: Svein Magne Djuve; Egil Hystad
Original assignee: Wartsila Norway As; Wärtsilä Automation Norway As
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2017-05-09
Also published as: EP1751839B1; RU2355100C2; US20070247878A1; HRP20110731T1; EP1751839A1; WO2005119892A1; NO321428B1; NO20042311L; KR101206699B1; ATE519266T1; CN100492832C; RU2006145657A; US7514898B2; KR20070024562A; BRPI0511697A; NO20042311D0; CN101002376A

Abstract

sistema de propulsão de baixa perda a presente invenção refere-se a um sistema de suprimento de energia de baixa perda, compreendendo uma ponte retificadora (3) que supre corrente a um motor, em que a ponte retificadora inclui duas entradas de alimentação de energia (pa, pb) de corrente alternada (ac), assim como pelo menos uma saída para o suprimento de energia ao dito motor (m), e em que um transformador (yd) (2) é acoplado entre as ditas entradas, o dito transformador (yd) compreendendo um enrolamento tipo estrela e tipo deita e sendo adaptado para prover um desvio de fase de aproximadamente 30<198> em relação à freqüência fundamental escolhida entre as ditas entradas.

Description

"SISTEMA DE PROPULSÃO DE BAIXA PERDA". A presente invenção refere-se a um sistema de propulsão de baixa perda, compreendendo uma ponte retificadora e suprimento de uma corrente inversora a um motor, a ponte retificadora incluindo duas entradas de alimentação de energia de corrente alternada (AC), assim como, pelo menos uma saida para suprimento de energia ao dito motor.

No suprimento de energia para motores elétricos, por exemplo, em sistemas de propulsão elétrica a diesel ou sistemas de aquecimento de tubulação em instalações offshore, é comum se utilizar um acoplamento de ponte retificadora acoplada ao suprimento de energia de três fases através de um transformador, o dito transformador proporcionando dois suprimentos de corrente alternada (AC) para as entradas da ponte retificadora. Entretanto, essa solução apresenta um problema correlacionado com a geração de ruído compreendendo voltagens harmônicas excessivas, que combinadas com a corrente de carga total através dos enrolamentos do transformador, representam um fator de esforço no circuito existente na ponte retificadora e no restante da rede, além de um aumento de perda de potência através do transformador. O problema é especificamente correlacionado às 5a. e 7a. correntes harmônicas excessivas. A fim de cancelar as 5a. e 7a. correntes harmônicas excessivas, a saída dos transformadores foi adaptada para prover sinais para a ponte retificadora tendo um desvio de fase de cerca de 30°. Constitui um objetivo da presente invenção prover um aperfeiçoamento de um sistema desse tipo. Através de um modelo especial de transformador de baixa perda, combinado com um pequeno filtro, as perdas do transformador serão acentuadamente reduzidas e a distorção total harmônica do total sistema de energia irá diminuir. 0 documento de patente U.S. No. 5.446.643 mostra um exemplo da filtração das 5a. e 7a. correntes harmônicas, através de um acoplamento de transformador.

Uma solução é descrita no acoplamento do transformador conforme o documento de patente U.S. No. 4.4 98.127, o qual é acoplado a um transformador de freqüência. Essa patente se refere a uma variante de um transformador de suprimento de energia de 12 pulsos, dedicado a um conversor em que a energia é transferida através da ponte retificadora. Assim, se esse sistema for provido com um suprimento de energia simétrico, as primeiras harmônicas de energia são alimentadas ao transformador antes dos retificadores. Constitui um objetivo da presente invenção alimentar a primeira energia harmônica diretamente aos transformadores de freqüência da fonte de energia. É também um objetivo da invenção proporcionar uma reduzida corrente de curto-circuito em um sistema que usa um transformador em uma rede de distribuição elétrica.

Os objetivos da presente invenção são alcançados conforme descrito nas reivindicações anexas.

Assim, a presente invenção se refere a um sistema de propulsão, em que um transformador á acoplado entre as ditas entradas, o dito transformador compreendendo (mas sem que seja a isso limitado) um enrolamento tipo estrela e tipo delta, sendo adaptado para prover um desvio de fase de aproximadamente 30° em relação à freqüência fundamental escolhida entre as ditas entradas. Dessa maneira, as 5a. e 7a. correntes harmônicas são canceladas ou pelo menos suprimidas em um grau considerável. De acordo com uma modalidade preferida, as alimentações de energia às entradas do transformador são simétricas, de modo que nenhuma corrente na freqüência fundamental passa através do transformador. Assim, o transformador atua como um filtro para as correntes harmônicas excessivas.

Além disso, de acordo com uma outra modalidade da invenção, o transformador do sistema também compreende um segundo enrolamento tipo estrela, em um ângulo de 150° a partir do primeiro enrolamento tipo estrela, de modo a suprimir as 11a. e 13a. harmônicas do sinal. - A invenção provê ainda um sistema que permite o uso crescente de um equipamento de baixa voltagem, mediante redução do nivel de curto-circuito na rede. A invenção será descrita, a seguir, fazendo-se referência aos desenhos anexos, que ilustram a invenção por meio de exemplos. A figura 1 ilustra o estado da técnica. A Figura 2 ilustra a presente invenção. A Figura 3 ilustra uma modalidade preferida da invenção. A Figura 4 ilustra um circuito equivalente correspondente à invenção. A Figura 1 ilustra um gerador de alimentação de energia (P), acoplado a um transformador (1), para provisão de duas entradas para uma ponte retificadora (3), por exemplo, para provimento de energia a um motor (M). Conforme indicado acima, essa solução é sensível à perda excessiva de energia do transformador, assim como, de correntes harmônicas excessivas.

Conforme ilustrado na figura 2, a presente invenção refere-se a uma solução em que alimentações de energia (PA, PB) de corrente alternada (AC) são supridas às duas entradas tendo uma estrutura de enrolamento tipo estrela/delta (YD), preferivelmente, uma estrutura DoYn, proporcionando um desvio de fase de 30°. Este acoplamento é conhecido, per si, no estado da técnica e não será aqui descrito.

Uma conexão específica de enrolamento de transformador, de acordo com o grupo vetor IEC (DoYn), irá sempre ter um desvio de fase de 30°entre os dois enrolamentos, conforme documentado pela Norma IEC 76. Esse desvio de fase de 30° é correlacionado à freqüência fundamental, normalmente de 50 ou 60 Hz. Um retificador de pulso (6) conectado a uma fonte de voltagem de 3 fases, irá introduzir as correntes harmônicas no sistema quando carregado. A corrente harmônica nessa distorção será: Esses componentes de corrente harmônica irão apresentar um desvio de fase adicional, que pode ser calculado como desvio de fase fundamental, multiplicado pela ordem harmônica. Além disso, o ângulo de fase das 5a. e 7a. harmônicas irá "girar" nas direções opostas. É um fato bem conhecido que os componentes das 5a. e 7a. harmônicas irão ter um desvio de fase total de 180° no transformador. Isso é mostrado nas seguintes equações: Usando essas conclusões, o circuito equivalente ilustrado na figura 4 poderá ser desenvolvido para a análise do sistema da presente invenção. Na figura 4, o xd" e o xd" na seguinte definição irá aplicar: - IRi = 5a. ou 7a. corrente harmônica proveniente do retificador no. 1; - IR2 = 5a. ou 7a. corrente harmônica proveniente do retificador no. 2; - ZT = impedância de curto-circuito no transformador LLC, correlacionada às 5a. e 7a. correntes harmônicas; - Xd"i = reatância subtransiente no gerador 1, correlacionada às 5a. e 7a. correntes harmônicas; - Xd"2 = reatância subtransiente no gerador 2, correlacionada às 5a. e 7a. correntes harmônicas; - IT = corrente harmônica no transformador LLC; - Igi e Ig2 = corrente harmônica no gerador.

Usando a lei de Kirchoff no circuito da corrente no diagrama equivalente, as seguintes equações irão se aplicar: (D (2) Xd"i.Igi - ΖτΙτ + Xd"2 =0 (3) Resolvendo essas equações, irá resultar o seguinte: (4) Para um sistema simétrico em que PA e PB nas figuras 2 e 3 são simétricas, Xd"i = Xd"2 e IR], = IR2, as equações podem ser simplificadas como segue: (5) (6) A distorção de voltagem (Uthd) de cada componente individual medida nos terminais do gerador será a corrente harmônica introduzida no gerador, multiplicada pela reatância subtransiente: (7) Assim, como as entradas da ponte retificadora são paralelas, nenhuma grande quantidade de energia será transferida através do transformador, mas o desvio de fase de 30° irá filtrar e, dessa forma, suprimir as 5a. e 7a. correntes harmônicas do sinal de potência aplicado. A modalidade da invenção conforme ilustrada na figura 2, proporciona uma solução com uma redução de aproximadamente 75-85% das 5a. e 7a. correntes harmônicas através do gerador. De acordo com a modalidade preferida da invenção, a alimentação de energia é de energia simétrica, de modo que nenhuma corrente da freqüência fundamental (60 Hz) irá circular através do transformador LLC e como apenas as perdas causadas pelas correntes harmônicas permanecem, elas serão reduzidas em 10-20% das perdas nominais.

Também, a distorção de voltagem das 5a. e 7a. harmônicas foi reduzida para menos de 3%. Se uma das alimentações de energia for perdida, aproximadamente 50% da carga irá circular através do transformador LLC. Na alimentação simétrica, apenas um pequeno aumento na THD será observado. A figura 3 ilustra uma modalidade preferida da invenção, em que um terceiro enrolamento é introduzido ao sistema para suprimir as 11a. e 13a. harmônicas. O transformador, assim, proporciona um grupo vetor D0/Y11/Y5 e um desvio de fase de 150 ou 180° para o terceiro enrolamento em relação aos enrolamentos principais. A teoria para isso é essencialmente a mesma que a descrita acima e não será aqui elaborada.

As modalidades da invenção acima descrita são baseadas em um sistema que utiliza alimentações de energia de 690V, com freqüência de 60 Hz. A adaptação desses parâmetros ao uso prático é considerado como sendo óbvio para um especialista versado na técnica e não será aqui descrito em maiores detalhes.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Sistema de suprimento de energia de propulsão de baixa perda, compreendendo uma ponte retificadora (3) que supre corrente a um motor (M), a ponte retificadora (3) inclui duas entradas de alimentação de energia {PA, PB) de corrente alternada (AC), assim como pelo menos uma saída para o suprimento de energia ao dito motor (M), e em que um transformador (YD) (2) é acoplado entre as ditas entradas, o dito transformador (YD) {2) compreendendo um enrolamento tipo estrela e tipo delta e sendo adaptado para prover um desvio de fase de aproximadamente 30° em relação à frequência fundamental escolhida entre as ditas entradas, caracterizado pelo fato de que o transformador (YD) (2) também inclui um segundo enrolamento tipo estrela com um ângulo de 150° a partir do primeiro enrolamento tipo estrela.

2. Sistema de suprimento de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as ditas alimentações de energia (PA, PB) de corrente alternada {AC) são simétricas.

3. Sistema de suprimento de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito transformador (YD) (2) constitui um grupo vetor Dç/Yu, os enrolamentos como um todo constituindo assim um grupo vetor De/Yn/Yç-