BRPI0817551A2 - Conversor de energia - Google Patents

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BRPI0817551A2
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active rectifier
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BRPI0817551-9A
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Rodney Jones
Cristopher Newton
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Converteam Technology Ltd
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Abstract

CONVERSORES DE ENERGIA A presente invenção é direcionada a um conversor de energia que pode ser usado para se ter uma interface com um motor 4 que requer voltagem variável em freqúência variável para uma rede de suprimento (barramento) proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e uma freqúência fixada nominalmente. O conversor de energia inclui um primeiro retificador/inversor ativo 10 eletricamente conectado ao estator do motor 4 e um segundo retificador/inversor ativo 14.Tanto o primeiro quanto o segundo retificador/ inversores incluem uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores. Uma ligação dc 12 está conectada entre o primeiro retificador/inversor ativo e o segundo retificador/inversor ativo. Um filtro 16 está conectado entre o segundo retificador/inversor ativo e a rede de suprimento e inclui terminais de rede. O conversor de energia inclui um primeiro controlador 18 para o primeiro retificador/inversor ativo e um segundo controlador 20 para o segundo retificador/inversor ativo, O primeiro controlador 18 usa um sinal de demanda de voltagem de ligação dc VDC_MOT* indicativo de uma voltagem de ligação dc desejada para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo 10 para alcançar o nível desejado da voltagem de ligação dc que corresponda ao sinal de demanda de voltagem de ligação dc. O segundo controlador 20 usa um sinal de demanda de energia P* indicativo do nível de energia a ser transferida para a ligação dc 12 proveniente da rede de suprimento (barramento) através do segundo retificador/inversor ativo 14, e um sinal de demanda de voltagem VBUS* indicativo da voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtro 16 para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo 14 para alcançar os níveis desejados de energia e de voltagem que correspondam aos sinais de demanda de energia e de voltagem. O conversor de energia pode ser empregado em um sistema de propulsão marítima onde o rotor do motor 4 é usado para acionar uma montagem propulsora 2.

Description

CONVERSOR DE ENERGIA
CAMPO DA TÉCNICA A presente invenção refere-se a conversores de energia. Especificamente, esta invenção se refere aos conversores de energia que podem ser usados para interface com operação de motores em voltagem variada em freqüência variada para uma grade de energia ou rede de suprimento em voltagem e freqüência fixadas nominalmente. A presente invenção também inclui características que permitem que os conversores de energia permaneçam conectados à rede de suprimento de energia e retenham o controle durante uma falha de rede ou de condições transitórias. Os conversores de energia são particularmente adequados para uso com, mas não restritos a, sistemas de propulsão marítimos.
ANTECEDENTE DA TÉCNICA A montagem propulsora de uma embarcação marítima tipicamente gira em velocidade variável, tanto na direção de proa quanto na direção contrária. Onde uma embarcação marítima usa uma energia elétrica e um sistema de propulsão então o motor que aciona a montagem de propulsor também irá precisar operar em uma freqüência variável (para o caso onde a montagem de propulsor é acionada diretamente pelo rotor do motor então a freqüência será aproximadamente proporcional à velocidade de rotação da montagem de propulsor) e uma volta variável (aproximadamente proporcional à freqüência). O sistema de energia da embarcação marítima será dotado de uma voltagem e uma freqüência nominalmente fixada e, portanto, é necessário se ter uma interface o motor para o sistema de energia usando um conversor de energia. O conversor de energia consistirá tipicamente de duas partes: uma ponte de rede que retifica a energia ac proveniente do sistema de energia para uma voltagem nominalmente fixada (a ligação dc) , e uma ponte de motor que inverte a voltagem dc para a voltagem ac apropriada para o motor. Os sistemas de energia de muitas embarcações marítimas são frequentemente referidos como sendo "fraco" uma vez que a capacidade de geração total está rigorosamente equiparada â carga total. Isso significa que quando são ligadas grandes cargas conectadas à energia e ao sistema de propulsão, podem ocorrer transitoriedades significativas (mergulho). Quaisquer mergulhos ou falhas no sistema de energia irão interferir com a ponte de rede e sua operação para proporcionar a voltagem dc. Portanto, é normal que o conversor de energia seja desligado para evitar danificação de vários componentes. Para muitas aplicações marítimas essa demanda para desligar o conversor de energia, e, consequentemente, a perda total do equipamento de propulsão associado, é considerada inaceitável.
Portanto, é necessário um conversor de energia aperfeiçoado que possa permanecer conectado ao sistema de energia na eventualidade de um mergulho ou de uma falha.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção proporciona um conversor de energia que pode ser usado para se ter uma interface um motor que requeira voltagem variável em freqüência variável para uma rede de suprimento proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e freqüência fixada nominalmente, o conversor de energia compreendendo: um primeiro retificador/inversor ativo eletricamente conectado ao estator do motor e incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores; um segundo retificador/inversor ativo incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores; uma ligação dc conectada entre o primeiro retificador/inversor ativo e o segundo retificador/inversor ativo; um filtro conectado entre o segundo retificador/inversor ativo e a rede de suprimento, o filtro incluindo terminais de rede; um primeiro controlador para o primeiro retificador/inversor ativo; e um segundo controlador para o segundo retificador/inversor ativo, onde o primeiro controlador usa um sinal de demanda de voltagem de ligação dc indicativa de uma voltagem de ligação dc desejada para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo para alcançar o nível desejado da voltagem de ligação dc que corresponda ao sinal de demanda de voltagem de ligação dc; e onde o segundo controlador usa um sinal de demanda de energia indicativo do nível de energia a ser transferido para a ligação dc proveniente da rede de suprimento através do segundo retificador/inversor ativo, e um sinal de demanda de voltagem indicativo da voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtro para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para alcançar os níveis desejados de energia e de voltagem que correspondam aos sinais de demanda de energia e de voltagem. O conversor de energia pode ser usado para se ter uma interface o motor com a rede de suprimento durante situações onde a rede de suprimento está operando normalmente, mas também inclui características que permitem que o mesmo opere em situações onde a voltagem da rede de suprimento está variando devido às falhas ou transitoriedades na rede de suprimento. O segundo controlador é também capaz de controlar o segundo retificador/inversor ativo para proporcionar suporte de voltagem para a rede de suprimento quando a voltagem da rede de suprimento se desvia de sua condição nominal. O motor pode ser um motor de rotação ou linear de qualquer tipo adequado. Exemplos incluem um motor de indução ou um motor síncrono (estimulado por quaisquer dispositivos adequados como, por exemplo, ímãs permanentes ou convencionais ou bobinas de supercondutivas). No caso de um motor de rotação, o rotor pode estar conectado a uma montagem propulsora ou a qualquer outra carga mecânica que requeira travessia durante transitoriedades ou falhas. Contudo, a carga mecânica deve normalmente reter energia suficiente (na forma de inércia, momentum, etc.) para manter a operação quando não é possível obter energia elétrica da rede de suprimento. Um motor linear poderia ser usado em aplicações que requeiram um movimento alternativo.
Quando o motor é um motor de indução, o primeiro controlador preferivelmente usa um sinal de demanda de fluxo indicativo de um nível desejado de fluxo a ser alcançado no motor para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de estator que alcancem o fluxo desejado no motor. O termo "quantidades elétricas de estator" é aqui usado para se referir a qualquer e a toda magnitude corrente de fase individual de magnitude de voltagem de fase individual, fase e freqüência em um motor de múltiplas fases. A operação dos dispositivos de comutação de energia semicondutores no primeiro retificador/inversor ativo pode ser controlada usando sinais de controle de acionamento de porta derivados de acordo com uma estratégia de modulação de largura de pulso convencional (PWM). O primeiro controlador preferivelmente compara o sinal de demanda de voltagem de ligação dc indicativa de uma voltagem de ligação dc desejada a um sinal de retroalimentação de voltagem de ligação dc para determinar um sinal de demanda de torque indicativo de um nível desejado de torque a ser alcançado no motor. O primeiro controlador pode então controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de estator que alcancem o torque desejado no motor. A implementação do controle descrita mais detalhadamente abaixo é baseada em controle de vetor, que é bem conhecido e comumente usado na técnica. Contudo, será imediatamente apreciado que pode ser usada em vez disso qualquer outra implementação do método de controle adequada (como, por exemplo, controle orientado de campo de tempo discreto (DT-FOC) ou controle de torque direto, por : exemplo). O primeiro controlador preferivelmente supre um sinal de controle que varia de acordo com as condições de motor prevalecentes para o segundo controlador. Esse sinal de controle pode então ser usado pelo segundo controlador para limitar o nível de energia que é transferida para a ligação dc proveniente da rede de suprimento através do segundo retificador/inversor ativo. Portanto, o controle do sinal impede qualquer importação adicional de energia para a ligação dc através do segundo retificador/inversor ativo quando o motor tiver alcançado seu limite de desempenho físico (isto é, quando o motor já está operando em sua velocidade de eixo máxima ou seu índice máximo de aceleração, por exemplo). O segundo controlador preferivelmente converte o sinal de demanda de energia indicativo do nível de energia a ser transferida para a ligação dc proveniente da rede de suprimento através do segundo retificador/inversor ativo para um sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura para o segundo retificador/inversor ativo indicativo de um eixo de quadratura desejado corrente a ser alcançado na rede de suprimento. O segundo controlador pode então controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de rede de filtro/suprimento que alcancem o eixo de quadratura desejado corrente na rede de suprimento. O termo "quantidades elétricas de rede de filtro/suprimento" é aqui usado para se referir a qualquer e toda magnitude de voltagem de fase individual, magnitude corrente de fase individual, fase e freqüência em um sistema retificador/inversor ativo de múltiplas fases. O termo "múltiplas fases" se refere tipicamente a três fases, mas pode incluir outros números de fases. A operação dos dispositivos de comutação de energia semicondutores no segundo retificador/inversor ativo pode também ser controlada usando os sinais de controle de acionamento de porta de acordo com uma estratégia PWM convencional. O sinal de demanda de energia pode ser convertido em um sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura pela divisão do sinal de demanda de energia por um sinal que é derivado da voltagem nos terminais de rede do filtro. Este sinal é preferivelmente o componente de eixo de quadratura da voltagem ac que é derivada da medição da voltagem trifásica na face da rede do filtro e pode opcionalmente ser uma versão filtrada. O segundo controlador preferivelmente usa um sinal de demanda de voltagem de ligação dc adicional indicativo de uma voltagem de ligação dc desejada e compara o sinal de demanda de voltagem de ligação dc adicional ao sinal de retroalimentação de voltagem de ligação dc para determinar um sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura para o segundo retificador/inversor ativo indicativo de um eixo de quadratura corrente a ser alcançado na rede de suprimento. O segundo controlador pode então controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de rede de filtro/suprimento que alcancem o eixo de quadratura corrente na rede de suprimento. A implementação do controle descrita mais detalhadamente abaixo está baseada no controle de vetor, que é bem conhecido e comumente usado na técnica. Contudo, deve ser prontamente observado que pode ser usada em vez disso qualquer outra implementação do método de controle adequada (como, por exemplo, controle orientado de campo de tempo discreto (DT-FOC) ou controle de torque direto, por exemplo).
Um sinal indicativo da energia da rede de suprimento é preferivelmente suprido para um primeiro controlador proveniente do segundo controlador. O sinal indicativo da energia da rede de suprimento pode ser adicionado à saída do controlador da ligação dc no primeiro controlador e usado para determinar um nível desejado de torque no motor. O sinal proporciona efetivamente um alerta antecipado para o primeiro controlador que mais ou menos energia será importada para a ligação dc através do segundo retificador/inversor ativo. O primeiro controlador pode então começar a determinar o nível desejado de torque no motor antes que a alteração na quantidade de energia importada provoque uma alteração correspondente na voltagem de ligação dc. Isso pode ser importante por motivos transitórios. O segundo controlador preferivelmente compara o sinal de demanda de voltagem indicativo do nível de voltagem a ser alcançado nos terminais de rede do filtro para um sinal de retroalimentação de voltagem medido nos terminais de rede do filtro para determinar um sinal de demanda de corrente de eixo direto para o segundo retificador/inversor ativo. O segundo controlador pode então controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de rede de filtro/suprimento que alcance o eixo direto corrente na rede de suprimento. O segundo controlador pode modificar o sinal de demanda de corrente de eixo direto de acordo com as condições da voltagem de rede de suprimento prevalecentes. O sinal de demanda de energia pode ser proporcionado por um controlador de energia. O conversor de energia preferivelmente compreende adicionalmente um sensor de velocidade para derivar um sinal de velocidade indicativo da velocidade de uma parte móvel do motor (isto é, o rotor no caso de um motor de rotação e o transmissor no caso de um motor linear) . Contudo, em alguns casos o sensor de velocidade pode ser substituído por um sistema observador de velocidade que usa sinais internos para o primeiro retificador/inversor ativo para derivar um sinal de velocidade. O controlador de energia pode então usar o sinal de velocidade (derivado do sensor de velocidade ou do sistema observador de velocidade) para derivar o sinal de demanda de energia usando qualquer método adequado. Por exemplo, o sinal de velocidade pode ser usado como um indicador para uma mesa de consulta de sinal de demanda de energia versus velocidade. O sinal de velocidade pode ser modificado por uma ou mais funções de filtro para amortecer qualquer eixo ou ressonâncias de trem de acionamento, se aplicável. O controlador de energia preferivelmente recebe um ou tanto um sinal de demanda de energia quanto um sinal de demanda de velocidade proveniente de um sistema de controle de embarcação (que pode opcionalmente incorporar um sistema de posicionamento dinâmico). O sinal de demanda de energia e/ou sinal de demanda de velocidade pode ser proporcionado diretamente das alavancas de controle da embarcação marítima ou similar. A presente invenção também proporciona um arranjo compreendendo uma pluralidade de conversores de energia conforme descrito acima conectados a um barramento de suprimento comum de uma rede de suprimento proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e freqüência fixada nominalmente, onde o sinal de demanda de voltagem indicativo da voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtro de cada conversor de energia é suprido para o segundo controlador de cada conversor de energia proveniente de um sistema de gerenciamento de energia.
Cada conversor de energia individual preferivelmente inclui um transformador de descida conectado eletricamente entre o filtro associado e um barramento de suprimento comum. O conversor de energia é particularmente adequado para uso em uma unidade de propulsão para uso em embarcações marítimas. Portanto, a presente invenção também proporciona uma unidade de propulsão compreendendo um motor sendo dotado de um estator e de um rotor, uma montagem propulsora incluindo pelo menos uma lâmina girada pelo rotor do motor, e um conversor de energia conforme descrito acima. A montagem propulsora pode ser integrada com o rotor do motor. Alternativamente, a montagem propulsora é montada em um eixo giratório e o rotor do motor é acoplado ao eixo giratório direta ou indiretamente através de uma caixa de câmbio.
Pode ser usada uma pluralidade de unidades de propulsão em uma embarcação marítima. Portanto, a presente invenção também proporciona uma embarcação marítima compreendendo uma rede de suprimento proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e freqüência fixada nominalmente e sendo dotada de um barramento de suprimento comum, e uma pluralidade de unidades de propulsão descritas acima. Os conversores de energia respectivos da pluralidade de unidades de propulsão estão conectados ao barramento de suprimento comum e onde o sinal de demanda de voltagem indicativo da voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtro de cada conversor de energia é suprido por um sistema de gerenciamento de energia. A presente invenção proporciona adicionalmente um método para operar um conversor de energia que pode ser usado para se ter uma interface com um motor que requer voltagem variável em freqüência variável para uma rede de suprimento proporcionado uma voltagem fixada nominalmente e freqüência fixada nominalmente, o conversor de energia compreendendo: um primeiro retificador/inversor ativo eletricamente conectado ao estator do motor e incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores; um segundo retificador/inversor ativo incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores; uma ligação dc conectada entre o primeiro retificador/inversor ativo e o segundo retificador/inversor ativo; um filtro conectado entre o segundo retificador/inversor ativo e a rede de suprimento, o filtro incluindo terminais de rede; um primeiro controlador para o primeiro retificador/inversor ativo; e um segundo controlador para o segundo retificador/inversor ativo; onde o método compreende as etapas de: o primeiro controlador usando um sinal de demanda de voltagem de ligação dc indicativa de uma voltagem de ligação dc para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores de um primeiro retificador/inversor ativo para alcançar o nivel desejado da voltagem de ligação dc que corresponda ao sinal de demanda de voltagem de ligação dc; e o segundo controlador usando um sinal de demanda de energia indicativo do nivel da energia a ser transferida para a ligação dc proveniente da rede de suprimento através do segundo retificador/inversor ativo, e um sinal de demanda de voltagem indicativo da voltagem a ser alcançada nos ter r minais de rede do filtro para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para alcançar os níveis desejados de energia e voltagem que correspondam aos sinais de demanda de energia e de voltagem. O método pode incluir adicionalmente as etapas conforme resumidas abaixo: O primeiro controlador pode usar um sinal de demanda de fluxo indicativo de um nivel desejado de fluxo a ser alcançado no motor para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo para alcançar o fluxo desejado*-no motor. O primeiro controlador pode comparar o sinal de demanda de voltagem de ligação dc indicativa de uma voltagem de ligação dc desejada para um sinal de retroalimentação de voltagem de ligação dc para determinar um sinal de demanda de torque indicativo de um nivel desejado de torque a ser alcançado no motor, e controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de estator que alcancem o torque desejado no motor. O primeiro controlador pode suprir um sinal de controle que varia de acordo com as condições do motor prevalecentes para o segundo controlador. O segundo controlador pode então usar o sinal de controle para limitar o nivel de energia que é transferida para a ligação dc proveniente da rede de energia através do segundo retificador/inversor ativo O segundo controlador pode converter o sinal de demanda de energia indicativo do nivel de energia a ser transferido para a ligação dc proveniente da rede de energia através do segundo retificador/inversor ativo para um sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura para o segundo retificador/inversor ativo indicativo de um eixo de quadratura corrente desejado a ser alcançado na rede de suprimento, e controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de filtro/rede de suprimento que alcancem o eixo de quadratura corrente na rede de suprimento. O sinal de demanda de energia pode ser convertido em sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura pela divisão do sinal de demanda de energia por um sinal que é derivado da voltagem nos terminais de rede do filtro. O segundo controlador pode usar um sinal de demanda de voltagem de ligação dc adicional indicativo de uma voltagem de ligação dc desejada e comparar o sinal de demanda de voltagem de ligação dc adicional ao sinal de retroalimentação de voltagem de ligação dc para determinar um sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura para o segundo retificador/inversor ativo indicativo de um corrente eixo de quadratura desejado a ser alcançado na rede de suprimento durante a condição de partida. O segundo controlador pode então controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de filtro/rede de suprimento que alcancem o corrente eixo de quadradura desejado na rede de suprimento. O segundo controlador pode suprir um sinal indicativo da energia de rede de suprimento para o primeiro controlador. O sinal indicativo da energia de rede de suprimento pode ser adicionado à saída de um controlador de ligação dc no primeiro controlador e usado para determinar um nível desejado de torque no motor. O segundo controlador pode comparar o sinal de demanda de voltagem indicativo do nível de voltagem a ser alcançado nos terminais de rede do filtro para um sinal de retroalimentação de voltagem medido nos terminais de rede do filtro para determinar um sinal de demanda corrente de ?'3; KJf I eixo de quadratura para o segundo retificador/inversor ativo, e controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de filtro/rede de suprimento que alcancem o corrente eixo desejado na rede de suprimento durante uma situação de mergulho de voltagem de rede de suprimento. O uso da palavra "mergulho" nessa descrição com relação às situações de mergulho de rede de suprimento se refere a uma situação onde a voltagem de rede de suprimento é reduzida abaixo de seu valor nominal como um resultado de condições de falha de rede simétrica ou assimétrica, ou simplesmente através da comutação de um grande componente indutivo (como, por exemplo, um transformador ou filtro harmônico, por exemplo) conectado à rede de suprimento. O segundo controlador pode modificar o sinal de demanda de corrente de eixo direto de acordo com as condições de voltagem de rede de suprimento prevalecentes durante a situação de mergulho da voltagem de rede de suprimento. O sinal de demanda de energia pode ser proporcionado por um controlador de energia.
Um sinal de velocidade indicativo da velocidade de uma parte móvel de motor pode ser derivada e o controlador de energia pode usar isso para derivar o sinal de demanda de energia. O sinal de velocidade pode ser derivado usando qualquer método adequado e pode ser modificado por uma ou mais funções de filtro, que também pode ser usada para proporcionar amortecimento de qualquer eixo ou ressonâncias de trem de acionamento. A presente invenção também proporciona um método de : operação de uma pluralidade de conversores de energia, conforme descrito acima, conectada a um barramento de suprimento comum de uma rede de suprimento proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e freqüência fixada nominalmente, o método compreendendo a etapa de suprir o sinal de demanda de voltagem indicativo da voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtro de cada conversor de energia para o segundo controlador de cada conversor de energia proveniente de um sistema de gerenciamento de energia. A presente invenção também proporciona um método de operação de uma unidade de propulsão compreendendo um motor que requer voltagem variável em freqüência variável e que é dotado de um estator e de um rotor, a montagem propulsora incluindo pelo menos uma lâmina girada pelo rotor do motor, e um conversor de energia com interface com o motor para uma rede de suprimento proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e uma freqüência fixada nominalmente, o conversor de energia compreendendo: um primeiro retificador/inversor ativo eletricamente conectado ao estator do motor e incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores; um segundo retificador/inversor ativo incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores; uma ligação dc conectada entre o primeiro retificador/inversor ativo e o segundo retificador/inversor ativo; um filtro conectado entre o segundo retificador/inversor ativo e a rede de suprimento, o filtro incluindo terminais de rede; um primeiro controlador para o primeiro retificador/inversor ativo; e um segundo controlador para o segundo retificador/inversor ativo, onde em resposta a uma mudança no impulso desejado da unidade de propulsão o método compreende as etapas de: controlar o segundo retificador/inversor ativo para alterar o nível de energia importada para a ligação dc de maneira que a voltagem de ligação dc altere proveniente de um nível desejado; e controlar o primeiro retificador/inversor ativo para exportar corrente suficiente proveniente da ligação dc através do primeiro retificador/inversor ativo para o motor para restaurar a voltagem de ligação dc para um nível desejado e alcançar o impulso desejado.
DESENHOS A Figura 1 é um desenho esquemático ilustrando como um conversor de energia de acordo com a presente invenção é usado para se ter uma interface entre um motor e um barramento de energia de uma rede de suprimento de freqüência fixada; e A Figura 2 é um desenho esquemático ilustrando como um grupo de conversores de energia de acordo com a presente invenção pode ser conectado a um barramento de suprimento como parte de um sistema de propulsão marítimo.
Topologia de Conversor de Energia A topologia básica do conversor de energia será resumida com relação às Figuras 1 e 2. Apesar do conversor de energia estar descrito abaixo no contexto dos sistemas de propulsão marítimo, será prontamente apreciado que são possíveis outros usos. Por exemplo, o conversor de energia pode ser usado como parte de um sistema de acionamento para bombas, ventiladores, compressores ou outros tipos de cargas industriais.
Uma montagem propulsora 2 de um sistema de propulsão marítimo elétrico é acionada pelo rotor (não ilustrado) de um do motor de indução ac de velocidade variável 4 . A montagem propulsora 2 irá normalmente consistir de um grupo de lâminas montado em um eixo giratório com um passo fixo. O eixo giratório pode estar diretamente conectado ao rotor do motor 4 ou indiretamente através de uma caixa de câmbio (não ilustrada) que é usada para ajustar a velocidade do eixo. A velocidade na qual a montagem propulsora 2 deve girar irá depender da velocidade da embarcação marítima e do nível ou direção do impulso requerido para propulsão. Contudo, devido à variação da velocidade de rotação, a voltagem e a freqüência aplicadas aos terminais do motor 4 devem também variar.
Os terminais do motor 4 estão conectados aos terminais ac de uma ponte de motor trifásico 10 que em operação normal opera como um inversor para suprir energia para o motor proveniente de uma ligação dc 12. A ponte de motor 10 é dotada de uma topologia de dois níveis trifásicos com uma serie de dispositivos de comutação de energia semicondutores inteiramente controlados e regulados usando uma estratégia de modulação de largura de pulso (PWM). Contudo, na prática a ponte de motor 10 pode ser dotada de qualquer topologia adequada como, por exemplo, uma topologxa de garra de ponto neutro de tres níveis ou uma1 topologia de múltiplos níveis. A derivação dos sinais de comando de acionamento de porta que são usados para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores da ponte de motor 10 está descrita mais detalhadamente abaixo.
Uma rede de suprimento da embarcação marítima (Figura 2) opera em uma freqüência fixada nominalmente e inclui um barramento de suprimento ac (indicado "barramento") que recebe energia proveniente de um gerador ac 28. A energia é suprida para os terminais ac de uma ponte de rede 14 proveniente de um barramento de suprimento por via de um transformador de descida 6 e é filtrada por indutores 16 (e outros possíveis filtros). O mecanismo de distribuição (não ilustrado) pode ser incluído para proporcionar uma conexão confiável para o barramento de suprimento e para isolar o sistema de propulsão da rede de suprimento por várias demandas operacionais e não operacionais. A ponte de rede 14 em uma operação normal opera como um retificador ativo para suprir energia proveniente de um barramento de suprimento para a ligação dc 12. A ponte de rede 14 é dotada de uma topologia de dois níveis trifásica para a ponte de motor 10 com uma série de dispositivos de comutação de energia semicondutores inteiramente controlados e regulados usando uma estratégia PWV. Contudo, na prática, a ponte de rede 14 pode ser dotada de qualquer topologia adequada, conforme comentado acima, para a ponte de motor 10. O controle principal para a voltagem de entrada dc da ponte de motor 10 é alcançado pelo controle da ponte de motor. A ponte de rede 14 é controlada para atender dois objetivos principais, a saber, energia ativa e voltagem de rede. Abaixo está proporcionada uma descrição detalhada de como esse controle é alcançado.
Também está descrita mais detalhadamente abaixo a derivação dos sinais de comando de acionamento de porta que são usados para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores da ponte de rede 14.
Conforme aqui descrito, a retificação ativa (como o primeiro modo de operação da ponte de rede 14) é a conversão da energia proveniente dos terminais ac da ponte de rede trifásica para a ligação dc e a inversão (como o primeiro modo de operação da ponte de motor 10) é a conversão da energia proveniente de uma ligação dc da ponte de motor trifásico para os terminais ac. Contudo, será prontamente observado que pode haver ocasiões em que seja necessário ou desejável operar a ponte de motor 10 como um retificador ativo e a ponte de rede 14 como um inversor. Por exemplo, em uma situação onde a embarcação marítima está freando então o sistema de propulsão pode ser adaptado para suportar regeneração. Nesse caso o motor 4 pode ser operado em um modo de geração para proporcionar energia de volta para a rede de suprimento (ou um resistor de descarga) através da ponte de motor 10 operando como um retificador ativo e a ponte de rede 14 operando como um inversor.
Em situações onde uma ocorra um mergulho de voltagem de rede de suprimento, a ponte de rede 14 pode operar tanto em um modo retificador ativo quanto em um modo inversor, conforme requerido, a fim de proporcionar corrente reativa para a rede de suprimento para neutralizar a causa do mergulho da voltagem.
Topologia de sistema de propulsão marinha Conforme mencionado brevemente acima, um grupo de conversores de energia pode estar conectado ao barramento ac comum da rede de suprimento de freqüência fixada nominalmente para definir um sistema de propulsão marinha. Isso está esquematicamente ilustrado na Figura 2. Cada conversor de energia de la a ld inclui um filtro associado de 16a 16d e um transformador de descida de 6a a 6d.
Em um sistema de propulsão maninha convencional, a voltagem de rede de suprimento desejada seria tipicamente ajustada por um sistema de gerenciamento de energia 26 e proporcionado para o regulador de voltagem automática (AVR) 30 de cada gerador 28. Na arranjo da Figura 2, o sistema de gerenciamento de energia 26 também supre um sinal de demanda de voltagem VBUS* para cada conversor de energia de la a ld. O sinal de demanda de voltagem VBUS* representa a voltagem desejada a ser alcançada nos terminais de rede de cada filtro de 16a a 16d durante operação normal do conversor de energia.
Também está conectado um componente indutivo grande na forma de um transformador 32 ao barramento de suprimento comum, conforme ilustrado na Figura 2.
Controle de ponte de motor O controlador de ponte de motor 18 supre sinais de comando de acionamento para a ponte de motor 10 que leva os dispositivos de comutação de energia semicondutores a serem ligados e desligados resultando em uma voltagem especifica sendo aplicada aos terminais do motor 4 . O controlador de ponte de motor 18 irá selecionar a voltagem a ser aplicada com base em um sinal de demanda de fluxo ?* que representa um nível desejado de fluxo a ser alcançado no motor 4, um sinal de demanda de voltagem de ligação dc VDC_MOT* que representa uma voltagem de ligação dc desejada, um sinal de retroalimentação de voltagem de ligação dc VDC_FB que é indicativo da voltagem de ligação dc atual, um ou mais sinais de retroalimentação derivados de uma medição das correntes de fase de motor IU, IV e IW, e um sinal de alimentação direta POWER_FF que representa uma indicação da energia da rede de suprimento. O sinal de demanda de fluxo ?* e o sinal de demanda de voltagem de ligação dc VDC_MOT* serão usualmente ajustados constantes para uma configuração particular. A diferença entre o sinal de demanda de voltagem de ligação dc VDC_MOT* e o sinal de retroalimentação de voltagem de ligação dc VDC_FB é usada para proporcionar um sinal de demanda de torque para o motor 4 . Uma implementação de controle adequado de maneira que um esquema de controle vetor pode usar o sinal de demanda de torque derivado e o sinal de demanda de fluxo ?* para gerar o padrão de comutação apropriado para os dispositivos de comutação de energia semicondutores da ponte de motor 10.
Será prontamente apreciado que o sinal de demanda de fluxo ?* pode ser omitido se o motor ac 4 for uma maquina elétrica síncrona. Nesse caso, o padrão de comutação para os dispositivos de comutação de energia semicondutores da ponte de motor 10 será gerado apenas com base no sinal de demanda de torque derivado.
Controle de ponte de rede O controlador de ponte de rede 20 supre sinais de comando de acionamento de porta para a ponte de rede 14 que leva os dispositivos de comutação de energia semicondutores a serem ligados e desligados resultando em uma voltagem particular sendo aplicada os terminais de filtro. O controlador de ponte de rede 20 irá selecionar a voltagem a ser aplicada com base em um sinal de energia P* que representa o nível de energia a ser transferido para a ligação dc 12 proveniente do barramento de suprimento comum através da ponde geradora 14 e é proporcionado por um controlador de velocidade/energia 24, um sinal de demanda de voltagem VBUS* que representa uma voltagem desejada a ser alcançada nos terminais do filtro 16 e é proporcionado pelo sistema de gerenciamento de energia 26, um ou mais sinais de retroalimentação (V_NET e I_NET) derivados das medições de voltagem VR, VY e VB (que são as medições de voltagem trifãsica tomadas através das assim chamadas linhas de saída vermelha (R) , amarela (Y) e azul (B) que suprem energia para a ponte de rede 14 proveniente do barramento de suprimento comum) e medições correntes das correntes de fase de ponte de rede IR, IY e IB, e um sinal de controle IDC__LIM que é usada para limitar o nível da energia que é transferida para a ligação dc proveniente do barramento de suprimento comum. O sinal de demanda de energia P* é dividido pela voltagem de rede de eixo de quadradura prevalecente VQ_NET para obter um sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura (isto é, um sinal de demanda corrente real). O sinal de demanda de energia P* é também comparado com o sinal de demanda de voltagem VBUS* para derivar um sinal de demanda corrente reativo. Uma implementação de controle adequada como, por exemplo, um esquema de controle de vetor pode usar os sinais de demanda real derivado e corrente reativo para gerar o padrão de comutação apropriado para os dispositivos de comutação de energia semicondutores da ponte de rede 14.
Operação do sistema de propulsão marítima Uma possível implementação operacional da topologia da propulsão marítima é como se segue. Na partida a velocidade do eixo é zero e o sinal de demanda de voltagem de ligação dc VDC_NET* suprida para o controlador de ponte de rede 10 é ajustada para 950 volts. O sinal de demanda de voltagem de ligação dc VDC_NET* é apenas usado durante a partida e será usualmente ajustado constante para uma configuração de acionamento particular. Os dispositivos de comutação de energia semicondutores na ponte de rede 14 são habilitados e sob controle do controlador de ponte de rede 2 0 levam a voltagem de ligação dc (VDC) até 950 volts.
Ao mesmo tempo, o sinal de demanda de voltagem de ligação dc VDC_M0T* aplicado ao controlador de ponte de motor a8 é ajustado para 1000 volts.
Presumindo que o sistema de propulsão marítima seja dotado de uma demanda para proporcionar impulso para propulsão da embarcação marítima, os dispositivos de comutação de energia semicondutores na ponte de motor 10 estejam habilitados e que o controlador de ponte de motor 18 irá controlar o eixo direto corrente para alcançar o fluxo necessário no motor 4 . Ao mesmo tempo em que a voltagem da ligação dc é menor do que o sinal de demanda de voltagem de ligação dc VDC_MOT* um controlador de ligação dc (não ilustrado) no controlador de ponte de motor 18 irá solicitar um eixo de quadratura corrente no motor 4 (para retornar energia para a ligação dc 12), mas isso será bloqueado porque o eixo da montagem propulsora 2 não está girando e não há energia de eixo disponível.
Quando é feita uma demanda de impulso para um sistema de propulsão marítima isso será suprido diretamente como uma referência de energia (isto é o sinal de demanda de energia P*) ou como uma referência de velocidade (isto é um sinal de demanda de velocidade N*) . As referências de energia e de velocidade podem ser proporcionadas para o controle de velocidade/energia 24 diretamente a partir das alavancas de controle na ponte da embarcação marítima ou de um sistema de controle de embarcação e estão indicadas na Figura 1 como comandos de controle de embarcação. Um sinal de demanda de velocidade N* será convertido em sinal de demanda de energia P* pelo controlador de velocidade/energia 24 como parte de um alça de controle de velocidade com relação à velocidade atual N do motor 4, detectada pelo sensor de velocidade 22. A aplicação do sinal de demanda de energia P* ao controlador de ponte de rede 20 aumentará a voltagem da ligação dc. Uma vez que a voltagem da ligação dc alcance o nível ajustado pelo sinal de demanda de voltagem de ligação dc VDC_MOT*, o controlador de ligação dc do controlador de ponte de motor 18 começará a solicitar um eixo de quadratura corrente em uma tentativa de limiar a voltagem da ligação dc em um nível ajustado desejado e começará a acelerar o eixo da montagem propulsora 2.
Ao mesmo tempo em que a voltagem de ligação dc é maior do que o sinal de demanda de voltagem de ligação dc VDC_NET* o controle de voltagem no controlador de ponte de rede 20 é desabilitado. A magnitude da transferência de energia da ponte de rede 14 é limitada por um sinal derivado do sinal de demanda de energia P*.
Uma vez que tenha sido alcançado um estado firme inicial, o conversor de energia opera em uma maneira dinâmica para acomodar a mudança nas solicitações de impulso. Por exemplo, para um aumento de solicitação de impulso (isto é um aumento de sinal de demanda de energia P*) o controlador de ponte de rede 20 leva a ponte de rede 14 a importar mais energia da rede de suprimento para a ligação dc 12. O aumento na quantidade de energia que é importada para a ligação dc 12 leva a um aumento na voltagem de ligação dc. O controlador de ponte de motor 18 responde a esse aumento na voltagem de ligação dc para fazer com que a ponte de motor 10 retire mais energia da ligação dc 12 e proporcione isso ao motor 4 até que seja alcançado um novo estado firme (isto é, onde a quantidade de energia é suprida proveniente da rede de suprimento para a ligação dc 12 é igual à quantidade de energia que é suprida proveniente da ligação dc para o motor 4) . Nesse estado firme, a voltagem de ligação dc se equiparou ao sinal de demanda de voltagem de ligação dc VDC_MOT*. Para uma solicitação de redução de impulso então ocorrem as ações de controle opostas. A rede de suprimento ilustrada na Figura 2 é uma "rede fraca" uma vez que a capacidade de geração total está rigorosamente equiparada à carga total. Na eventualidade de um mergulho de voltagem de rede de suprimento (causado, por exemplo, pela ativação do transformador 32) o conversor de energia irá detectar essa voltagem reduzida, que é vista como uma mudança no sinal de retroalimentação V_NET derivado das medidas de voltagem trifásica VR, VY e VB e o controlador de ponte de rede 2 0 irá ajustar um sinal de demanda corrente reativo apropriado para suprir corrente reativa de volta para o barramento de suprimento comum. Isso irá auxiliar a compensar a corrente que está sendo retirada pelo transformador 32 e restaurar a voltagem na rede de suprimento.
Na eventualidade de uma falha grave em algum lugar no barramento de suprimento comum levando as voltagens de rede de suprimento a serem gravemente reduzidas então o conversor de energia irá ajustar o sinal de demanda de energia P* para zero e irá suprir corrente reativa de volta para o barramento de suprimento comum até o momento em que a voltagem de rede de suprimento seja recuperada. (Na prática, isso pode ser alcançado pelo controlador de ponte de rede 20 efetivamente anulando o sinal de demanda de energia P* suprido pelo controlador de velocidade/energia 24 ao mesmo tempo em que a falha persiste) . Durante esse tempo, a voltagem de ligação dc é sustentada pela ponte de motor 10 e a energia cinética tanto no movimento da montagem propulsora 2 quanto no momentum da embarcação marítima. A fim de aperfeiçoar a resposta transitória do conversor de energia, são passados dois sinais de controle entre a ponte de motor e os controladores de ponte de rede. Especificamente, o controlador de ponte de rede 20 proporciona um controlador de ponte de motor 18 com um sinal alimentação direta POWER_FF que representa uma indicação da quantidade de energia que está sendo transferida para a ligação dc através da ponte de rede 14 . Portanto, o sinal alimentação direta POWER_FF proporciona o controlador de ponte de motor 18 irá antecipar aviso de uma alteração no nível do fluxo de energia antes da voltagem de ligação dc começar a aumentar ou a diminuir. O controlador de ponte de motor 18 proporciona um sinal de controle IDC_LIM que especifica um limite corrente de ligação dc. Esse sinal de controle proporciona o controlador de ponte de rede 20 com um limite da quantidade de corrente adicional que a ponte de motor 18 pode aceitar com base na velocidade de eixo corrente e os limites de aceleração do motor 4.
Implementações práticas da topologia de propulsão marítima A arranjo da topologia de propulsão marítima pode ser implementada como se segue. A ponte de motor 18 e a ponte de rede 14 podem ser implementadas usando um modulo inversor DELTA resfriado líquido MV3000 de grau de energia adequado. Esse por exemplo, um módulo inversor de fonte de voltagem adequado com base IGBT adequado para operar voltagens ac até 690 V. O controlador de ponte de motor 18 e o controlador de ponte de rede 20 podem ser implementados usando um controlador PEC. Esse é um controlador programável eletrônico com base em microprocessador que pode proporcionar todas as funções de controle necessárias e geração de padrão de aquecimento necessária para implementar o conversor de energia. O sistema de gerenciamento de energia pode ser implementado em um controlador AMC. Esse é um controlador eletrônico com base em microprocessador projetado para uso em sistemas de controle distribuídos. Todos esses produtos são supridos por "Converteam Ltd of Boughton Road, Rugby, Warwickshire" CV21 IBU, Reino Unido. O arranjo do controlador propõe dois controladores independentes que são coordenados por meio de sinais de controle enviados do controlador de ponte de motor 18 para o controlador de ponte de rede 2 0 e vice versa.. Seria igualmente adequado integrar a funcionalidade dos controladores para um controlador físico. Similarmente, a funcionalidade podería se espalhar através de mais de dois controladores se isso for conveniente para a implementação prática do conversor de energia. O conversor de energia proposto poderia ser usado para se ter uma interface os acionamentos de propulsão principais ou os acionamentos de propulsão da embarcação marítima para a rede de suprimento. Em qualquer caso, as referencias de energia e de velocidade podem ser proporcionadas para o controlador de velocidade/energia 24 por um sistema de controle de embarcação. Em determinados casos, o sistema de controle de embarcação pode incluir um sistema de posicionamento dinâmico para proporcionar referências para as várias unidades de propulsão a fim de controlar a proa e a posição da embarcação marítima.

Claims (36)

1. Conversor de energia que pode ser usado para se ter uma interface com um motor que requer voltagem variável em freqüência variável para uma rede de suprimento proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e uma freqüência fixada nominalmente, o conversor de energia caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro retificador/inversor ativo eletricamente conectado ao estator do motor e incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores; um segundo retificador/inversor ativo incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores,- uma ligação dc conectada entre o primeiro retificador/ inversor ativo e o segundo retificador/inversor ativo; um filtro conectado entre o segundo retificador/ inversor ativo e a rede de suprimento, o filtro incluindo terminais de rede; um primeiro controlador para o primeiro retificador/ inversor ativo; e um segundo controlador para o segundo retificador/ inversor ativo, onde o primeiro controlador usa um sinal de demanda de voltagem de ligação dc indicativa de uma voltagem de ligação dc desejada para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo para alcançar o nível desejado da voltagem de ligação dc que corresponda ao sinal de demanda de voltagem de ligação dc; e onde o segundo controlador usa um sinal de demanda de energia indicativo do nível de energia a ser transferido para a ligação dc proveniente da rede de suprimento através do segundo retificador/inversor ativo, e um sinal de demanda de voltagem indicativo da voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtro para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para alcançar os níveis desejados de energia e de voltagem que correspondam aos sinais de demanda de energia e de voltagem.
2. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador usa um sinal de demanda de fluxo indicativo de um nível desejado de fluxo a ser alcançado no motor para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de estator que alcancem o fluxo desejado no motor.
3. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação a 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador compara o sinal de demanda de voltagem da ligação dc indicativa de uma voltagem de ligação dc desejada para um sinal de retroalimentação de voltagem da ligação dc para determinar um sinal de demanda de torque indicativo de um nível desejado de torque a ser alcançado no motor, e controla os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de estator para alcançar o torque desejado no motor.
4. Conversor de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro controlador supre um sinal de controle que varia de acordo com as condições de motor prevalecentes para o segundo controlador e o segundo controlador usa o sinal de controle para limitar o nível de energia que é transferida para a ligação dc proveniente da rede de suprimento através do segundo retificador/inversor ativo.
5. Conversor de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2,3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o segundo controlador converte o sinal de demanda de energia indicativo do nível de energia a ser transferida para a ligação dc proveniente da rede de suprimento através do segundo retificador/inversor ativo para um sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura para o segundo retificador/inversor ativo indicativo de uma corrente de eixo de quadratura desejada a ser alcançada na rede de suprimento, e controla os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de filtro/rede de suprimento que alcancem a corrente de eixo de quadratura desejada na rede de suprimento.
6. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o sinal de demanda de energia é convertido em sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura pela divisão do sinal de demanda de energia por um sinal que é derivado da voltagem nos terminais de rede do filtro.
7. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o segundo controlador usa um sinal de demanda de ligação dc adicional indicativo de uma voltagem de ligação dc desejada, e compara o sinal de demanda de ligação dc adicional ao sinal de retroalimentação da voltagem de ligação dc para determinar um sinal de demanda da corrente de eixo de quadratura para o segundo retificador/inversor ativo indicativo de uma corrente de eixo de quadratura desejada a ser alcançada na rede de suprimento.
8. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o segundo controlador controla os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de filtro/rede de suprimento que alcancem a corrente de eixo de quadratura desejada na rede de suprimento.
9. Conversor de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que um sinal indicativo da energia de rede de suprimento é suprido para o primeiro controlador proveniente do segundo controlador.
10. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o sinal indicativo da energia da rede de suprimento é adicionado à saída de um controlador de ligação dc no primeiro controlador e usado para determinar um nível desejado de torque no motor.
11. Conversor de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que o segundo controlador compara o sinal de demanda de voltagem indicativo do nível de voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtre para um sinal de retroalimentação de voltagem medido nos terminais de rede do filtro para determinar um sinal de demanda de corrente de eixo direto para o segundo retificador/inversor ativo, e controla os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/ inversor ativo para produzir quantidades elétricas de filtro/rede de suprimento que alcancem a corrente de eixo direto desejada na rede de suprimento.
12. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o segundo controlador modifica o sinal de demanda de corrente de eixo direto de acordo com as condições de voltagem da rede de suprimento prevalecentes.
13. Conversor de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o sinal de demanda de energia é proporcionado por um controlador de energia.
14. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um sensor de velocidade ou observador de velocidade para derivar um sinal de velocidade indicativo da velocidade de uma parte móvel do motor e onde o controlador usa o sinal de velocidade para derivar o sinal de demanda de energia.
15. Conversor de energia, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o controlador de energia recebe um ou tanto o sinal de demanda de energia quanto o sinal de demanda de velocidade proveniente de um sistema de controle de embarcação.
16. Arranjo caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de conversores de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15, conectada a um barramento de suprimento comum de uma rede de suprimento proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e freqüência fixada nominalmente, em que o sinal de demanda de voltagem indicativo da voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtro de cada conversor de energia é suprido para o segundo controlador de cada conversor de energia proveniente de um sistema de gerenciamento de energia.
17. Arranjo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que cada conversor de energia individual inclui um transformador de descida conectado eletricamente entre o filtro associado e o barramento de suprimento comum.
18. Unidade propulsora, caracterizada pelo fato de que compreende: um motor sendo dotado de um estator e rotor; uma montagem propulsora incluindo pelo menos uma lâmina girada pelo rotor do motor; e um conversor de energia de acordo com qualquer das reivindicações de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15.
19. Embarcação marítima, caracterizada pelo fato de que compreende: uma rede de suprimento proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e uma freqüência fixada nominalmente e sendo dotada de um barramento de suprimento comum; e uma pluralidade de unidades de propulsão de acordo com a reivindicação 18; onde os conversores de energia respectivos da pluralidade de unidades de propulsão estão conectados ao barramento de suprimento comum e onde o sinal de demanda de voltagem indicativo da voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtro de cada conversor de energia é suprido por um sistema de gerenciamento de energia.
20. Método de operação de um conversor de energia que pode ser usado para se ter uma interface com um motor que requeira uma voltagem variável em uma freqüência variável para uma rede de suprimento proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e uma freqüência fixada nominalmente, o conversor de energia compreendendo: um primeiro retificador/inversor ativo eletricamente conectado ao estator do motor e incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores; um segundo retificador/inversor ativo incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores; uma ligação dc conectada entre o primeiro retificador/ inversor ativo e o segundo retificador/inversor ativo; um filtro conectado entre o segundo retificador/ inversor ativo e a rede de suprimento, o filtro incluindo terminais de rede; um primeiro controlador para o primeiro retificador/ inversor ativo; e um segundo controlador para o segundo retificador/ inversor ativo; o método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: o primeiro controlador usar um sinal de demanda de voltagem de ligação dc indicativa de uma voltagem de ligação dc desejada para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo para alcançar o nível desejado de voltagem de ligação dc que corresponda ao sinal de demanda de voltagem de ligação dc; e o segundo controlador usar um sinal de demanda de energia indicativo do nível de energia a ser transferida para a ligação dc proveniente da rede de suprimento através do segundo retificador/inversor ativo, e um sinal de demanda de voltagem indicativo da voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtro para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para alcançar os níveis desejados de energia e de voltagem que correspondam aos sinais de demanda de energia e de voltagem.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa do primeiro controlador usar um sinal de demanda de fluxo indicativo de um nível desejado de fluxo a ser alcançado no motor para controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo para produzir as quantidades elétricas de estator que alcancem o fluxo desejado no motor.
22. Método, de acordo com a reivindicação 20 ou 21, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa do primeiro controlador comparar o sinal de demanda de voltagem de ligação dc indicativa de uma voltagem de ligação dc desejada a um sinal de retroalimentação de voltagem de ligação dc para determinar um sinal de demanda de torque indicativo do nível desejado de torque a ser alcançado no motor, e controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do primeiro retificador/inversor ativo para produzir as quantidades elétricas de estator que alcancem o torque desejado no motor.
23. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 20, 21 ou 22, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente as etapas do primeiro controlador suprir um sinal de controle que varie de acordo com as condições prevalecentes do motor para o segundo controlador e o segundo controlador usa o sinal de controle para limitar o nível de energia que é transferida para a ligação dc proveniente da rede de suprimento através do segundo retificador/inversor ativo.
24. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 20, 21, 22 ou 23, caracterizado pelo fatc de que compreende adicionalmente a etapa do segunde controlador converter o sinal de demanda de energia indicativo do nível de energia a ser transferida para a ligação dc proveniente da rede de suprimento através dc segundo retificador/inversor ativo para um sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura para o segunde retificador/inversor ativo indicativo de uma corrente de eixo de quadratura desejada a ser alcançado na rede de suprimento, e controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de filtro/rede de suprimento que alcancem a corrente de eixo de quadratura desejada na rede de suprimento.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24. caracterizado pelo fato de que o sinal de demanda de energia é convertido em sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura pela divisão do sinal de demanda de energia que é derivado da voltagem nos terminais de rede do filtro.
26. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa do segundo controlador usar um sinal de demanda de voltagem de ligação dc adicional indicativo de uma voltagem de ligação dc desejada e comparar o sinal de demanda de voltagem de ligação dc adicional ao sinal de retroalimentação de voltagem de ligação dc para determinar um sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura para o segundo retificador/inversor ativo indicativo de uma corrente de eixo de quadratura desejada a ser alcançada na rede de suprimento durante a condição de partida.
27. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa do segundo controlador controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/ inversor ativo para produzir quantidades elétricas de filtro/rede de suprimento que alcancem a corrente de eixo de quadratura desejada na rede de suprimento.
28. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 ou 27, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de suprir um sinal indicativo de energia da rede de suprimento para o primeiro controlador proveniente do segundo controlador.
29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o sinal indicativo da energia da rede de suprimento é adicionado à saída do controlador de ligação dc no primeiro controlador e usado para determinar um nível desejado de torque no motor.
30. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 ou 29, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa do segundo controlador comparar o sinal de demanda de voltagem indicativo do nível de voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtro para um sinal de retroalimentação de voltagem medida nos terminais de rede do filtro para determinar o sinal de demanda de corrente de eixo de quadratura para o segundo retificador/inversor ativo, e controlar os dispositivos de comutação de energia semicondutores do segundo retificador/inversor ativo para produzir quantidades elétricas de filtro/rede de suprimento que alcancem a corrente de eixo direta desejada na rede de suprimento durante uma situação de mergulho da rede de suprimento.
31. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o segundo controlador modifica o sinal de demanda de corrente de eixo direta de acordo com as condições de voltagem de rede de suprimento prevalecente durante uma situação de mergulho da rede de suprimento.
32. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 ou 31, caracterizado pelo fato de que o sinal de demanda de energia e proporcionado por um controlador de energia.
33. Método, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de derivar sinal de velocidade indicativo da velocidade de uma parte móvel do motor e do controlador de energia usar a velocidade para derivar o sinal de demanda de energia.
34. Método, de acordo com a reivindicação 32 ou 33, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa do controlador de energia receber tanto um sinal de demanda de energia quanto um sinal de demanda de velocidade proveniente de um sistema de controle de embarcação.
35. Método de operação de uma pluralidade de conversores de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15, conectada a um barramento de suprimento comum de uma rede de suprimento proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e uma freqüência fixada nominalmente, o método caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de suprir o sinal de demanda de voltagem indicativo da voltagem a ser alcançada nos terminais de rede do filtro de cada conversor de energia para o segundo controlador de cada conversor de energia proveniente de um sistema de gerenciamento de energia.
36. Método de operação de uma unidade de propulsão compreendendo um motor que requer voltagem variável em freqüência variável e que é dotado de um estator e de um rotor, uma montagem propulsora incluindo pelo menos uma lâmina girada pelo rotor do motor, e o conversor de energia com interface com o motor para uma rede de suprimento proporcionando uma voltagem fixada nominalmente e uma freqüência fixada nominalmente, o conversor de energia compreendendo: um primeiro retificador/inversor ativo eletricamente conectado ao estator do motor e incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores; um segundo retificador/inversor ativo incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de energia semicondutores; uma ligação dc conectada entre o primeiro retificador/ inversor ativo e o segundo retificador/inversor ativo; um filtro conectado entre o segundo retificador/ inversor ativo e a rede de suprimento, o filtro incluindo terminais de rede; um primeiro controlador para o primeiro retificador/ inversor ativo; e um segundo controlador para o segundo retificador/ inversor ativo; onde, em resposta à alteração no impulso desejado da unidade de propulsão, o método é caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: controlar o segundo retificador/inversor ativo para alterar o nível de energia importada para a ligação dc de maneira que a voltagem de ligação dc altere de um nível desejado; e controlar o primeiro retificador/inversor ativo para exportar corrente suficiente proveniente de uma ligação dc através do primeiro retificador/inversor ativo para o motor para restaurar a voltagem de ligação dc para o nível desejado e alcançar o impulso desejado.
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