BRPI0814802B1 - sistema e método para limitar a tensão de entrada em um sistema de distribuição de energia dotado de uma capacidade de regeneração. - Google Patents

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA E MÉTODO PARA LIMITAR A TENSÃO DE ENTRADA EM UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DOTADO DE UMA CAPACIDADE DE REGENERAÇÃO.
ANTECEDENTES [001] O presente pedido descreve uma invenção que se refere, em geral, e em várias modalidades, a um sistema e a um método que servem para limitar a tensão de entrada em um sistema de abastecimento de energia dotado de uma capacidade de regeneração.
[002] Os sistemas de distribuição de energia, tais como transmissões de motor de CA encontram-se, em geral, disponíveis como um sistema completamente regenerativo ou como um sistema nãoregenerativo. Em sistemas não-regenerativos, a potência de entrada flui a partir de uma fonte de potência de entrada até a carga, e a potência produzida pela carga é impedida de fluir de volta à fonte de potência de entrada. Em sistemas completamente regenerativos, a potência de entrada flui a partir de uma fonte de potência de entrada até a carga, e a potência produzida pela carga pode fluir de volta à fonte de potência de entrada.
[003] Sabe-se a partir da técnica que tais sistemas completamente regenerativos compreendem uma extremidade anterior ativa que serve para controlar a corrente regenerativa. No entanto, as extremidade anteriores ativas podem tender a causar um certo nível de distorção da potência de CA de entrada. Com a finalidade de reduzir a distorção e suavizar a corrente de entrada em cada perna da entrada de CA, sabe-se, também, que os mesmos utilizam reatores lineares em cada perna da entrada de CA. No entanto, os reatores lineares tendem a consistir em uma solução relativamente volumosa e dispendiosa ao problema de distorção.
[004] Para muitas aplicações, apenas uma porção da potência
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2/10 produzida pela carga é necessária por propósitos de frenagem, etc. Para tais aplicações, um sistema regenerativo proporciona, em geral, muito mais capacidade de regeneração do que necessário. Consequentemente, a maioria dos sistemas regenerativos não apresenta uma boa relação custo-benefício para aplicações que exigem uma capacidade de regeneração limitada.
[005] Com a finalidade de realizar um acionamento com capacidade de regeneração limitada, configura-se um acionamento com uma combinação de células regenerativas e não-regenerativas. Por exemplo, o Pedido de Patente U.S. No. 11/419.064 (o pedido Ό64) descreve tal acionamento. A acionamento descrita pelo pedido Ό64 pode ser configurada de modo que tenha níveis variáveis de capacidade de regeneração variando-se o número de células regenerativas versus nãoregenerativas no acionamento, e cada célula de energia regenerativa pode compreender uma extremidade anterior ativa que compreende dispositivos de comutação controlados por modulação de largura de pulso. Muito embora a acionamento descrita no pedido Ό64 proporcione uma solução com boa relação custo benefício para aplicações que necessitam de capacidade de regeneração limitada, qualquer uso de reatores lineares que servem para reduzir quaisquer distorções causadas pela extremidade anterior ativa aumenta, desnecessariamente, o tamanho e os custos do sistema.
[006] O Pedido de Patente U.S. 11/540.232 (o pedido '232) descreve um método que serve para suavizar a corrente de entrada em um sistema de distribuição de energia dotado de uma capacidade de regeneração, e a utilização do método elimina a necessidade para o uso de reatores lineares nas entradas das células de energia regenerativa. Quando o método estiver sendo utilizado, pode-se considerar que o sistema de distribuição de energia opere em um modo de seis etapas.
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3/10 [007] A figura 1 ilustra várias modalidades de uma célula de potência regenerativa com quatro quadrantes que pode ser utilizada com o método descrito no pedido '232. A extremidade anterior da célula de energia regenerativa inclui seis transistores bipolares com porta isolada (Qap, Qbp, Qcp, Qan, Qbn e Qcn) e seis diodos. Quando a acionamento estiver sendo monitorada e a potência estiver fluindo a partir da entrada de célula para a saída de célula, os diodos antiparalelos da extremidade anterior consistem em correntes condutoras. Quando a acionamento estiver sendo regenerada e a potência estiver fluindo a partir da saída de célula até a entrada de célula, os transistores bipolares com porta isolada consistem em correntes condutoras. Quando a extremidade anterior da célula de energia regenerativa estiver comutando no modo de seis etapas, os reatores de entrada de célula não são necessários devido à natureza do método. Quando os transistores bipolares com porta isolada da extremidade anterior estiverem comutando no modo de seis etapas, os mesmos são ligados ou desligados da forma como os diodos fazem naturalmente em um retificador de diodo trifásico de uma célula não-regenerativa.
[008] A figura 2 ilustra várias modalidades de uma sequência de comutação para a extremidade anterior da célula de energia regenerativa da figura 1. Conforme mostrado na figura 2, em cada ciclo fundamental 1/6 (60 graus), um par de transistores bipolares com porta isolada, um a partir da ponte superior e o outro a partir da ponte inferior, são ligados, resultando em uma tensão linha a linha maior sendo aplicada ao barramento de CC. Portanto, pode-se considerar um ciclo fundamental (360 graus) como sendo dividido em 6 janelas, em que cada janela tem 60 graus e um par diferente de transistores bipolares com porta isolada ligados.
[009] No modo de seis etapas, a tensão de barramento de CC da célula de potência não é controlada. Portanto, se a impedância linear
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4/10 for alta e a acionamento for expressivamente regeneradora (o torque de saída é alto), em uma velocidade quase nominal onde a corrente de regeneração primária é a maior, a tensão de entrada de acionamento pode aumentar até um ponto onde uma ou mais células de potência ativa em uma fuga de sobretensão de barramento de CC.
SUMÁRIO [0010] Em uma consideração geral, o presente pedido descreve um sistema que serve para limitar a tensão de entrada em um sistema de distribuição de energia dotado de uma capacidade de regeneração. De acordo com várias modalidades, o sistema inclui um regulador dotado de múltiplas variáveis de entrada e pelo menos uma variável de saída; e um acumulador em comunicação com o regulador, em que o acumulador pré-configura a saída do regulador de modo a facilitar uma saída, assim como acumular os valores de erro relacionados às múltiplas variáveis de entrada e facilitar uma alteração pelo regulador a pelo menos uma variável de saída com base nos valores acumulados.
[0011] Em outra consideração geral, o presente pedido descreve um método para limitar a tensão de entrada em um sistema de distribuição de energia dotado de uma capacidade de regeneração. De acordo com várias modalidades, o método inclui determinar um valor de potência de entrada, determinar um valor de Arms, determinar um valor máximo de potência com base no valor de Arms, determinar um valor de erro com base no valor máximo de potência e o valor de potência de entrada, e limitar um valor de referência de torque com base no valor de erro.
[0012] Podem-se implementar os aspectos da invenção através de um dispositivo computacional e/ou um programa computacional armazenado em um meio legível por computador. O meio legível por computador pode compreender um disco, um dispositivo e/ou um sinal propagado.
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5/10
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0013] Descrevem-se, no presente documento, as várias modalidades da invenção a título de exemplo em conjunto com as figuras a seguir.
[0014] A figura 1 ilustra várias modalidades de uma célula de energia regenerativa com quatro quadrantes;
[0015] a figura 2 ilustra várias modalidades de uma sequência de comutação para uma extremidade anterior da célula de energia regenerativa da figura 1;
[0016] a figura 3 ilustra várias modalidades de um sistema que serve para limitar a tensão de entrada em um sistema de distribuição de energia dotado de uma capacidade de regeneração; e [0017] a figura 4 ilustra várias modalidades de um método que serve para limitar a tensão de entrada em um sistema de distribuição de energia dotado de uma capacidade de regeneração.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0018] Antes de se descrever os presentes métodos, sistemas e materiais, deve-se compreender que a presente descrição não se limita às metodologias particulares, sistemas e materiais descritos, já que os mesmos podem variar. Deve-se compreender, também, que a terminologia utilizada na descrição serve para o propósito de descrever as versões particulares ou apenas modalidades, e não se pretende que limite o escopo. Por exemplo, conforme o uso em questão e nas reivindicações em anexo, as formas no singular um, uma, e a e o incluem as referências no plural exceto onde o contexto indicar claramente o contrário. Além disso, pretende-se que o termo que compreende, conforme o uso em questão, signifique que inclui, mas não se limita a. Exceto onde definido em contrário, todos os termos técnicos e científicos utilizados no presente documento apresentam os mesmos significados conforme comumente compreendido por um indivíduo
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6/10 versado na técnica.
[0019] A figura 3 ilustra várias modalidades de um sistema 10 que serve para limitar a tensão de entrada em um sistema de distribuição de energia dotado de uma capacidade de regeneração. De acordo com várias modalidades, o sistema 10 pode compreender uma porção de um suprimento de energia. Por exemplo, o sistema 10 pode compreender uma porção de um acionamento de motor de CA. Por razões de clareza, o sistema 10 será descrito com referência a um acionamento trifásico, e a entrada e saída à acionamento são mostradas em um único formato linear.
[0020] O sistema 10 inclui um regulador 12 e de acordo com várias modalidades, o regulador 12 inclui um acumulador integrado 14. O regulador 12 e o acumulador 14 podem ser implementados em qualquer maneira adequada (por exemplo, hardware, software, firmware, ou combinações dos mesmos). Deve-se notar, também, que o acumulador é mostrado como uma parte integral do regulador apenas a título de exemplo. O regulador e o acumulador podem ser implementados como dois componentes separados.
[0021] Conforme mostrado na figura 3, o regulador 12 recebe retroalimentação de potência de entrada de acionamento, uma referência de potência de entrada, e um comando de torque em escala (por exemplo, Iqs Ref). A retroalimentação de potência de entrada de acionamento pode ser obtida em uma maneira adequada. Por exemplo, de acordo com várias modalidades, a retroalimentação de potência de entrada de acionamento pode ser obtida a partir das três linhas de potência de entrada através de atenuadores de tensão e transformadores de corrente. A referência de potência de entrada pode ser um valor calculado com base na tensão de entrada de acionamento. O comando de torque em escala pode ser recebido, por exemplo, a partir de um regulador de velocidade do acionamento.
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7/10 [0022] De acordo com várias modalidades, cada uma das entradas ao regulador 12 passa pelo acumulador 14. O acumulador 14 processa as entradas, e acumula os erros detectados nos sinais de entrada. O erro pode indicar uma flutuação na referência de potência de entrada ou na retroalimentação de potência de entrada. O acumulador soma o erro, e este erro é usado como um fator para determinar qual valor o regulador 12 produz como um comando de torque. A adição do acumulador resulta em um regulador configurado para limitar a referência de torque que controla a quantidade de torque para e a partir do motor conectado à acionamento. A limitação da referência de torque pelo regulador 12 realiza um fluxo de potência regenerativa através do acionamento, que, sucessivamente, afeta a tensão de entrada à acionamento devido à impedância das nas linhas de entrada até a acionamento. Explica-se, adicionalmente, a operação do regulador 12 e do acumulador 14 na discussão a seguir da figura 4.
[0023] A figura 4 ilustra várias modalidades de um método 20 que serve para limitar a tensão de entrada em um sistema de distribuição de energia dotado de uma capacidade de regeneração. O método 20 pode ser utilizado para limitar o aumento da tensão de entrada de acionamento produzida pela corrente regenerativa com a finalidade de evitar uma fuga de sobretensão de barramento de CC até que o torque de saída de acionamento seja reduzido até um ponto que não resulte em uma sobretensão. Uma vez que este ponto for alcançado, eliminase a limitação de torque causada pela operação do método 20 e o torque completo de frenagem encontra-se disponível. O sistema 10 pode ser utilizado para implementar o método 20. De acordo com várias modalidades, com a finalidade de acelerar a resposta do regulador 12, pode-se utilizar um esquema de pré-configuração. Quando as condições para implementação do método 20 estiverem presentes, porém, a saída do regulador 12 não se encontra em controle da referência de
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8/10 torque de saída de acionamento, o acumulador 14 pode ser préconfigurado à referência de torque de saída de acionamento neste momento no tempo.
[0024] Conforme mostrado na figura 4, no início do processo no bloco 22, determina-se se a acionamento está ou não operando no modo de seis etapas. Se a acionamento estiver operando no modo de seis etapas, o processo avança para o bloco 24, onde determina-se se a potência de entrada de acionamento é ou não menor que zero. Se a entrada de acionamento for menor que zero, o processo avança para o bloco 26, onde determina-se se o Erms, ou a tensão de entrada, é menor do que um valor predeterminado. Muito embora o valor predeterminado seja mostrado no bloco 26 como 1,08, compreende-se que o valor predeterminado pode ser um valor diferente de 1,08. Se quaisquer outras determinações realizadas nos blocos 22 a 26 não forem afirmativas, o processo avança para o bloco 28, onde um limite inferior da corrente de torque é ajustado para IqMax.
[0025] Se for determinado no bloco 26 que o Erms é maior que o valor predeterminado, o processo avança do bloco 26 para o bloco 30, onde determina-se um valor máximo de potência. O valor máximo de potência é baseado no Erms. Muito embora o valor máximo de potência seja mostrado no bloco 30 como sendo baseado na equação [8,75*Erms + 10,5], avaliar-se-á que o valor máximo de potência possa ser baseado em outras equações relacionadas ao Erms.
[0026] A partir do bloco 30, o processo avança para o bloco 32, onde o valor máximo de potência é somado a um valor com base na potência de entrada de acionamento com a finalidade de gerar um valor de erro. Muito embora o valor com base na potência de entrada de acionamento seja mostrado como sendo um valor igual à potência de entrada de acionamento multiplicado por um valor negativo, avaliar-seá que outros valores de potência de entrada de acionamento podem
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9/10 ser utilizados.
[0027] A partir do bloco 32, o processo avança para o bloco 34, onde determina-se se o valor de erro é ou não menor que zero. Se o valor de erro não for menor que zero, o processo avança do bloco 34 para o bloco 36, onde o regulador 12 opera com a finalidade de ajustar um limite inferior para a corrente de torque. No entanto, se for determinado no bloco 34 que o valor de erro é menor que zero, o processo avança do bloco 34 para o bloco 38, onde determina-se se uma diferença entre os valores absolutos de um limite inferior e uma referência de corrente de torque é ou não maior que um valor predeterminado. Muito embora o valor predeterminado seja mostrado no bloco 38 como 0,01, avaliar-se-á que outros valores predeterminados podem ser utilizados.
[0028] Se for determinado no bloco 38 que a diferença não é maior que o valor predeterminado, o processo avança do bloco 38 para o bloco 36, onde o regulador 12 opera conforme descrito anteriormente no presente documento. No entanto, se for determinado no bloco 38 que a diferença é maior que o valor predeterminado, o processo avança do bloco 38 para o bloco 40, onde o acumulador 14 é ajustado para o valor absoluto da referência de corrente de torque. Ajustando-se o acumulador para o valor absoluto da referência de corrente de torque, o acumulador 14 atua de modo a facilitar uma rápida alteração no regulador 12, por exemplo, uma alteração imediata na referência de torque. A partir do bloco 40, o processo avança para o bloco 36, onde o regulador 12 opera conforme descrito anteriormente no presente documento.
[0029] Deve-se notar que o processo descrito anteriormente conforme ilustrado pela figura 4 pode ser realizado por um processador dotado de uma memória associada. As variáveis (por exemplo, ERMS,
Iqs ref) podem ser armazenadas na memória, e processadas de maPetição 870180066898, de 02/08/2018, pág. 15/24
10/10 neira adequada pelo processador, com a finalidade de determinar quaisquer alterações apropriadas na referência de torque. O processador pode ser configurado de modo a enviar estas informações diretamente a um controlador de acionamento, conforme discutido anteriormente.
[0030] Muito embora as várias modalidades da invenção tenham sido descritas no presente documento a título de exemplo, os indivíduos versados na técnica avaliarão que várias modificações, alterações e adaptações às modalidades descritas podem ser realizadas sem que se divirja do espírito e do escopo da invenção definida pelas reivindicações em anexo.

Claims (5)

1. Sistema para limitar a tensão de entrada em um sistema (10) de distribuição de energia dotado de uma capacidade de regeneração, em que o sistema (10), o sistema compreendendo:
um regulador (12) dotado de uma pluralidade de variáveis de entrada e pelo menos uma variável de saída;
sendo que a pluralidade de variáveis de entrada compreende pelo menos um de uma referência de potência de entrada, uma retroalimentação de potência de entrada de acionamento e uma referência de corrente de torque, onde o valor de saída compreende uma referência de torque de saída; e onde a referência de potência de entrada é calculada com base em uma tensão de entrada;
um controlador de acionamento em comunicação com o regulador (12), o controlador recebendo a variável de saída a partir do regulador (12) e em resposta à tensão de saída usando a variável de saída para controlar um motor;
o sistema caracterizado pelo fato de que compreende, um acumulador (14) em comunicação com o regulador (12), o acumulador (14) configurado de modo a processar uma pluralidade de sinais de entrada, a acumular erros detectados na pluralidade de sinais de entrada, e usar os erros para determinar o valor de saída do regulador (12) como comando de torque, onde, se uma diferença entre o valor absoluto de um limite inferior da referência de torque de saída e o comando de torque for maior que um valor predeterminado, o acumulador (14) é ajustado para um valor absoluto do comando de torque, sendo que, se a diferença for menor do que um valor predeterminado, o regulador (12) opera para ajustar o limite inferior do torque de saída de referência.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos valores de erro indicam o desempenho de
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2/3 corrente do dito sistema (10) de distribuição de energia.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito acumulador (14) é integral com o dito regulador (12).
4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o regulador (12) determina um valor máximo de potência com base na pluralidade de valores de entrada.
5. Método para limitar a tensão de entrada em um sistema (10) de distribuição de energia dotado de uma capacidade de regeneração, o sistema de distribuição de energia compreendendo:
um regulador (12) configurado para receber uma pluralidade de variáveis de entrada e sair pelo menos uma variável de saída, sendo que a pluralidade das entradas variáveis compreende pelo menos uma de uma referência de potência de entrada, uma retroalimentação de potência de entrada de acionamento e um comando de torque, e a variável de saída compreende uma referência de torque de saída; onde a referência de energia de entrada é calculada com base na tensão de entrada; e um controlador de acionamento em comunicação com o regulador (12), o controlador de acionamento configurado para receber a variável de saída do regulador (12) e em resposta à variável de saída usar a variável de saída para controlar o motor; e compreende ainda um acumulador (14) em comunicação com o regulador (12);
caracterizado pelo fato de que o método compreende operar o acumulador (14) para processar a pluralidade de sinais de entrada, para acumular erros detectados na pluralidade de sinais de entrada, e usar os erros para determinar o valor de saída do regulador (12) como comando de torque, onde, se uma diferença entre o valor absoluto de um limite inferior da referência de torque de saída e o comando
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3/3 de torque for maior que um valor predeterminado, o acumulador (14) é ajustado para um valor absoluto do comando de torque, sendo que, se a diferença for menor do que um valor predeterminado, o regulador (12) opera para ajustar o limite inferior do torque de saída de referência.
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