BRPI0905116A2

BRPI0905116A2 - métodos e aparelho para controlar máquinas de indução de c.a. múltiplas a partir de um inversor simples

Info

Publication number: BRPI0905116A2
Application number: BRPI0905116-3A
Authority: BR
Inventors: Robert D Jackson
Original assignee: Siemens Industry Inc
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-03-15
Also published as: CN101777859A; US8305025B2; CL2009001942A1; US20100097027A1

Abstract

MéTODOS E APARELHO PARA CONTROLAR MáQUINAS DE INDUçãO DE C.A. MúLTIPLAS A PARTIR DE UM IN- VERSOR SIMPLES A presente invenção refere-se a métodos e aparelho que inclu- em ou provêem uma primeira máquina de indução trifásica incluindo enrolamentos do estator, uma segunda máquina de indução trifásica incluindo enrolamentos do estator, em que os enrolamentos do estator da primeira má- quina são acoplados em serie com os enrolamentos do estator da segunda máquina,e, um circuito inversor que provê um sinal de saida trifásico acoplado aos enrolamentos do estator da primeira máquina. Outros aspectos são também proporcionados.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOS EAPARELHO PARA CONTROLAR MÁQUINAS DE INDUÇÃO DE C.A.MÚLTIPLAS A PARTIR DE UM INVERSOR SIMPLES".

Referência aos Pedidos Relacionados

O presente pedido reivindica o benefício do Pedido Provisionaldos Estados Unidos de N0 de Série 61/103.322 intitulado "Sistema de Multi-motores de C.A. a partir de um Inversor Comum", depositado em 7 de outu-bro de 2.008, que é aqui incorporado como referência, na sua totalidade.

Antecedentes

A presente invenção refere-se a máquinas de indução de C.A. e,mais particularmente, a métodos e aparelhos para controlar máquinas deindução de C.A. múltiplas a partir de um inversor simples.

Sumário da Invenção

Em um primeiro aspecto da invenção, um sistema é provido, osistema incluindo: (1) uma primeira maquina de indução trifásica incluindoenrolamentos do estator, (2) uma segunda máquina de indução trifásica in-cluindo enrolamentos do estator, em que os enrolamentos do estator da pri-meira máquina são acoplados em série com os enrolamentos do estator dasegunda máquina,e, (3)um circuito de inversão que prove um sinal de saídatrifásico acoplado aos enrolamentos do estator da primeira máquina.

Em um segundo aspecto da invenção, um método é proporcio-nado, o dito método incluindo: (1)provisão de uma primeira, (2)provisão deuma segunda máquina de indução trifásica incluindo enrolamentos do esta-tor, (3) acoplamento dos enrolamentos do estator da primeira máquina emsérie com os enrolamentos do estator da segunda máquina,e, (4) provisãode um circuito inversor que prove um sinal de saída trifásico acoplado aosenrolamentos do estator da primeira máquina.

Outras características e aspectos da presente invenção se torna-rão mais completamente evidentes a partir da seguinte descrição detalhada,das reivindicações apensas e dos desenhos anexos.

Breve Descrição dos Desenhos

As características da presente invenção podem ser mais clara-mente entendidas a partir da seguinte descrição detalhada considerada emconjunção com os seguintes desenhos, em que os mesmos números de re-ferência indicam os mesmos elementos, na íntegra e em que:

A Figura 1 é uma vista esquemática simplificada de um sistemade acionamento de multimáquinas previamente conhecido;

As Figuras 2A-2C são diagramas esquemáticos de modalidadesexemplares de sistemas de acionamento de multimáquina de acordo com apresente invenção;

As Figuras 3A-3C são diagramas esquemáticos de configura-ções de enrolamento do estator exemplares de acordo com esta invenção; e

As Figuras 4A-4C são diagramas esquemáticos de várias moda-Iiades exemplares de sistemas de acionamento de multimáquina de acordocom esta invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção proporciona métodos e aparelhos para con-trolar máquinas de indução de C.A. múltiplas a partir de um inversor simples.

Numerosas aplicações tais como equipamento de construção,equipamento de fabricação têxtil e de papel e veículos elétricos requeremacionamentos elétricos múltiplos. Em muitas de tais aplicações, sistemas deacionamento múltiplos são implementados usando máquinas de indução deC.A. e controladores de acionamento de freqüência variável, comumentedenominados "inversores". Por exemplo, a Figura 1 ilustra um sistema deacionamento múltiplo IO previamente conhecido que inclui duas máquinas deindução de C.A. trifásicas 12a e 12b, acionadas por inversores trifásicos I4ae I4b, respectivamente,que são acoplados à uma fonte de C.C. comum. Oscircuitos de controle de realimentação I6a e I6b proporcionam controle decircuito fechado de inversores I4a e I4b, respectivamente, para controlar in-dependentemente primeira e segunda máquinas 12a e 12b, respectivamente.

Embora o sistema previamente conhecido IO tenha inúmerasvantagens, para algumas aplicações, o sistema 10 pode ser não prático edesnecessário. Em particular, em algumas aplicações de sistema de acio-namento múltiplo, as máquinas são diretamente acopladas (por exemplo,através de um eixo de acionamento comum),ou indiretamente acopladas(por exemplo, através de uma caixa de engrenagem comum), e requeremigual distribuição de torque entre as maquinas múltiplas. Em tais casos, ossistemas de acionamento múltiplos previamente conhecidos, tais como osistema 10, requerem circuitos de controle de realimentação complexos I6ae 16b para conseguir o equilíbrio de torque entre as duas máquinas. Em adi-ção, a necessidade de dois inversores 14a e 14b adiciona ao custo, a com-plexidade e ônus de manutenção do sistema.

Para superar tais desvantagens, métodos e aparelho de acordocom essa invenção proporcionam sistemas de acionamento múltiplos queincluem primeira e segunda máquinas de indução trifásicas, cujos enrola-mentos do estator são acoplados em série, e um circuito inversor simplesque provê um sinal de saída trifásico acoplado aos enrolamentos do estatorda primeira máquina. Uma vez que o torque de cada máquina é uma funçãoda corrente do estator e do escorregamento e ignorando os efeitos de tole-rância elétrica e de fabricação, as duas máquinas não proporcionar substan-cialmente igual torque. Em adição, como descrito em maiores detalhes abai-xo, para aplicações nas quais as máquinas são frouxamente acopladas, amáquina que experimenta resistência maior produz uma quantidade maiorde torque.

Com referência, agora, à Figura 2A, um sistema de acionamentomúltiplo exemplar de acordo com a presente invenção será descrito. O sis-tema de acionamento múltiplo 20a inclui primeira e segunda máquinas 12a e12b, respectivamente, inversor trifásico 22 e circuito de realimentação 28a. Aprimeira máquina 12a inclui enrolamentos do estator 22a, 24a e 26a e a se-gunda máquina 12b inclui enrolamentos do estator 22b, 24b e 26b. A primei-ra máquina 12a e a segunda máquina 12b podem ser máquinas de induçãode C.A. trifásicas convencionais tais como o motor de DP10, 3 HP,230/460V, 60Hz fornecido por Siemens Industry, Alpharetta, Geórgia.

O inversor trifásico 22 converte uma voltagem de entrada deC.C. DC IN em sinais de acionamento de C.A. trifásicos φ1, φ2 e φ3, cujavoltagem e freqüência podem ser controlavelmente variadas com base nossinais de controle providos ao inversor. Por exemplo, o inversor trifásico 22pode ser um inversor de fonte de voltagem tal como um inversor Simovert P6SE12 fornecido pela Siemens Industry, Alpharetta, Geórgia. As pessoasversadas na técnica entenderão que outras máquinas e/ou inversores po-dem ser usados.

O circuito de controle de realimentação 28a pode ser qualquercircuito de realimentação convencional, tal como circuito de controle "volta-gem-por-Hertz ("V/Hz"), um circuito de realimentação de corrente, um circui-to de realimentação de voltagem, um circuito de realimentação de velocida-de ou outro circuito de realimentação similar que provê a realimentação con-siderando um ou mais parâmetros de operação das máquinas 12a e/ou 12bnas entradas de controle do inversor trifásico 22. As pessoas versadas natécnica entenderão que outros circuitos de realimentação podem ser usados.

Os enrolamentos do estator da primeira máquina 12a são aco-plados aos sinais de acionamento φ1, φ2 e φ3 e são acoplados em sériecom os enrolamentos do estator da segunda máquina 12b. Em particular, osenrolamentos do estator 22a e 22b são acoplados em série entre o sinal deacionamento φ1 e o nó 23, os enrolamentos do estator 24a e 24b são aco-piados em série entre o sinal de acionamento <p2 e nó 23 e os enrolamentosdo estator 26a e 26b são acoplados em série entre o sinal de acionamentoφ3 e nó 23. Neste aspecto, como mostrado na Figura 3A, os enrolamentosdo estator 22a-26a e 22b-26b são acoplados em configuração em estrela(Y). As pessoas versadas na técnica entenderão que os enrolamentos doestator 22a-26a e 22b-26b podem alternativamente ser acoplados em umaconfiguração em Delta tal como mostrada na Figura 3B.

Com referência novamente à Figura 2A, o circuito de realimenta-ção 28a é acoplado entre a primeira máquina 12a e uma ou mais entradasde controle no inversor trifásico 22. O circuito de realimentação 28a provêrealimentação ao inversor trifásico 22 considerando um ou mais parâmetrosde operação da primeira máquina 12a. Por exemplo, o circuito de realimen-tação 28a pode prover realimentação considerando as voltagens do estator,correntes do estator, velocidade do rotor ou outro parâmetro de operaçãosimilar ou combinação de tais parâmetros.

As pessoas versadas na técnica entenderão que os métodos esistemas de acordo com a presente invenção podem alternativamente proverrealimentação ao inversor trifásico 22 a partir da segunda máquina 12b. Porexemplo, como mostrado na Figura 2B, o circuito de realimentação 28b pro-vê realimentação ao inversor trifásico 22 considerando um ou mais parâme-tros de operação da segunda máquina 12b. Alternativamente, como mostra-do na Figura 2C, o circuito de realimentação provê a realimentação 28c aoinversor trifásico 22 considerando um ou mais parâmetros de operação dasprimeira máquina 12a e segunda máquina 12b.

Muitas máquinas de indução de C.A. trifásicas podem ser confi-guradas para operar a partir de uma das duas voltagens de fornecimento(por exemplo, uma baixa voltagem e uma alta voltagem). Na verdade, umamáquina de indução de C.A. trifásica pode incluir seis enrolamentos do esta-tor cujos terminais podem ser configurados pelo usuário com base na volta-gem de fornecimento sendo usada. Tais máquinas de indução de C.A. po-dem ser usadas de acordo com a presente invenção.

Por exemplo, como mostrado na Figura 3C, a primeira máquina12a pode ter os seguintes seis enrolamentos do estator: (1) 22a1 tendo ter-minais A1 e A4; (2) 22a2 tendo terminais A7 e A10; (3) 24a1 tendo terminaisA8 e A10; (4) 24a2 tendo terminais A2 e A5; (5) 26a1 tendo terminais A9 eA10; e (6) 26a2 tendo terminais A3 e A6. Similarmente, a segunda máquina12b pode ter os seguintes seis enrolamentos do estator: (1) 22b1 tendo ter-minais B1 e B4; (2) 22b2 tendo terminais B7 e B10; (3) 24bl tendo terminaisB8 e B10; (4) 24b2 tendo terminais B2 e B5; (5) 26b1 tendo terminais B9 eB10; e (6) 26b2 tendo terminais B3 e B6.

Os enrolamentos de tais máquinas podem ser acoplados emsérie como mostrado na Tabela de conexão incluída na Figura 3C. Em parti-cular, φ1 é acoplado aos terminais A1 e B1, terminal A4 é acoplado ao ter-minal B7, e, terminal B4 é acoplado ao terminal A7. Igualmente, φ2 é aco-plado aos terminais A2 e B2, terminal A5 é acoplado ao terminal B8 e termi-nal Β5 é acoplado ao terminal A8. Similarmente, φ3 é acoplado aos terminaisA3 e B3, terminal A6 é acoplado ao terminal B9 e o terminal B6 é acopladoao terminal A9.

Como previamente mencionado, em algumas aplicações de sis-tema de acionamento múltiplo, as maquinas são diretamente acopladas (porexemplo, através de um eixo de acionamento comum), indiretamente aco-pladas (por exemplo, através de uma caixa de engrenagem comum) ou demodo folgado (por exemplo, através de rodas em uma superfície comum).Métodos e aparelho de acordo com esta invenção podem ser usados paratais aplicações. Por exemplo, a Figura 4A ilustra um sistema de acionamentomúltiplo exemplar 30a em que a primeira máquina 12a é acoplada a um pri-meiro eixo de acionamento 32a, a segunda máquina 12b é acoplada ao se-gundo eixo de acionamento 32b e o primeiro e o segundo eixos de aciona-mento 32a e 32b são acoplados a uma caixa de engrenagem comum 34.Neste aspecto, as primeira e segunda máquinas 12a e 12b são indiretamen-te acopladas.

Similarmente, a Figura 4B ilustra um sistema de acionamentomúltiplo exemplar alternativo 30b em que a primeira máquina 12a é acopladaa um primeiro eixo de acionamento 32a, que aciona uma polia 36a, segundamáquina 12b é acoplada ao segundo eixo de acionamento 32b, que acionauma polia 36b e uma correia transportadora 38 é acionada pelas polias 36ae 36b. Como no primeiro exemplo, primeira e segunda máquinas 12a e 12bsão indiretamente acopladas. Em contraste, a Figura 4C ilustra um sistemade acionamento múltiplo 30c exemplar alternativo em que a primeira máqui-na 12a e a segunda máquina 12b são ambas acopladas a um eixo de acio-namento comum 32c. Neste aspecto, a primeira e segunda máquinas 12a e12b são diretamente acopladas.

Como mencionado acima, em algumas aplicações, a primeiramáquina 12a e a segunda máquina 12b podem ser folgadamente acopladas.

Por exemplo, em uma aplicação de caminhão de reboque, a primeira máqui-na 12a pode acionar uma primeira roda, a segunda máquina 12b pode acio-nar uma segunda roda e a superfície de acoplamento das duas máquinas éa superfície em que as rodas contactam com o solo. De acordo com estainvenção, a máquina que experimenta a maior resistência produz mais tor-que.

A descrição acima meramente ilustra os princípios desta inven-ção e várias modificações podem ser feitas por pessoas versadas na técnicasem se distanciar do escopo e espírito da presente invenção.

Claims

1. Sistema compreendendo:uma primeira máquina de indução trifásica compreendendo en-rolamentos do estator;uma segunda máquina de indução trifásica compreendendo en-rolamentos do estator, em que os enrolamentos do estator da primeira má-quina são acoplados em série com os enrolamentos do estator da segundamáquina; eum circuito inversor que proporciona um sinal de saída trifásicoacoplado aos enrolamentos do estator da primeira máquina.

2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que a primeiramáquina e a segunda máquina compreendem máquinas de indução assín-crona.

3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, ainda compreen-dendo um circuito de realimentação acoplado entre: (a) o primeiro motor e oinversor; e/ou (b) o segundo motor e o inversor.

4. Sistema de acordo com a reivindicação 3, em que o circuitode realimentação compreende qualquer um de um circuito de controle devoltagem-por-Hertz , um circuito de realimentação de corrente, um circuitode realimentação de voltagem e um circuito de realimentação de velocidade.

5. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiromotor produz um torque e o segundo motor produz um torque que substan-cialmente iguala o torque do primeiro motor.

6. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que a primeiramáquina ainda compreende um rotor, a segunda máquina ainda compreen-de um rotor e,em que o rotor da primeira máquina é acoplado ao rotor dasegunda máquina.

7. Sistema de acordo com a reivindicação 6, em que o rotor daprimeira maquina é diretamente conectado ao rotor da segunda máquina.

8. Sistema de acordo com a reivindicação 6, em que o rotor daprimeira máquina é indiretamente conectado ao rotor da segunda máquina.

9. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que o rotor daprimeira máquina é acoplado ao primeiro eixo de acionamento e o rotor dasegunda máquina é acoplado ao segundo eixo de acionamento.

10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, em que os primei-ro e segundo eixos de acionamento são o mesmo eixo de acionamento.

11. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que o rotor daprimeira máquina e o rotor da segunda máquina são acoplados juntos viaqualquer um de: uma caixa de engrenagem, uma correia transportadora,uma polia e uma roda.

12. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que os enro-lamentos do estator da primeira máquina e da segunda máquina são aco-plados em uma configuração em estrela (Y).

13. Sistema de acordo com a reivindicação 1, em que os enro-Iamentos do estator da primeira máquina e da segunda máquina são aco-plados em uma configuração em Delta.

14. Método compreendendo:provisão de uma primeira máquina de indução trifásica compre-endendo enrolamentos do estator;provisão de uma segunda máquina de indução trifásica compre-endendo enrolamentos do estator;acoplamento dos enrolamentos do estator da primeira máquinaem série com os enrolamentos do estator da segunda máquina; eprovisão de um circuito inversor que provê um sinal de saídatrifásico acoplado aos enrolamentos do estator da primeira máquina.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, em que a primeira má-quina e a segunda máquina compreendem máquinas de indução assíncronas.

16. Método de acordo com a reivindicação 14, ainda compreen-dendo a provisão de um circuito de realimentação acoplado entre: (a)o pri-meiro motor e o inversor; e/ou (b) o segundo motor e o inversor.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, em que o circuitode realimentação compreende qualquer um de um circuito de controle devoltagem por Hertz, um circuito de controle de realimentação de corrente,um circuito de realimentação de voltagem e um circuito de realimentação develocidade.

18. Método de acordo com a reivindicação 14, em que o primeiromotor produz um torque e o segundo motor produz um torque que substan-cialmente iguala o torque do primeiro motor.

19. Método de acordo com a reivindicação 14, em que a primeiramáquina ainda compreende um rotor, a segunda máquina ainda compreen-de um rotor e em que o método ainda compreende o acoplamento do rotorda primeira máquina ao rotor da segunda máquina.

20. Método de acordo com a reivindicação 19, ainda compreen-dendo conectar diretamente o rotor da primeira máquina ao rotor da segundamáquina.

21. Método de acordo com a reivindicação 19, ainda compreen-dendo conectar indiretamente o rotor da primeira máquina ao rotor da se-gunda máquina.

22. Método de acordo com a reivindicação 14, ainda compreen-dendo:acoplamento do rotor da primeira máquina a um primeiro eixo deacionamento; eacoplamento do rotor da segunda máquina a um segundo eixode acionamento.

23. Método de acordo com a reivindicação 22, em que os primei-ro e segundo eixos de acionamento são o mesmo eixo de acionamento.

24. Método de acordo com a reivindicação 14, ainda compreen-dendo o acoplamento do rotor da primeira máquina e o rotor da segundamáquina juntos via qualquer um de: caixa de engrenagem, uma correiatransportadora, uma polia e uma roda.

25. Método de acordo com a reivindicação 14, ainda compreen-dendo o acoplamento dos enrolamentos do estator da primeira máquina e dasegunda máquina em uma configuração em estrela (Y).

26. Método de acordo com a reivindicação 14, ainda compreen-dendo o acoplamento dos enrolamentos do estator da primeira máquina e dasegunda máquina em uma configuração em Delta.