BRPI1103225A2 - dispositivo elétrico para carregar meio acumulador - Google Patents

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Abstract

DISPOSITIVO ELéTRICO PARA CARREGAR MEIO ACUMULADOR. A presente invenção se refere a um dispositivo elétrico para carregar meio acumulador (5); o dito dispositivo elétrico compreendendo: - um motor (6) conectado a uma rede externa (11); - um inversor (2) conectado às fases do dito motor (6); e - dispositivos de comutação (4) integrados no inversor (2), os ditos dispositivos de comutação (4) sendo configurados para permitir que o dito motor (6) seja suprido e permitir que o meio acumulador (5) sejam carregados pelo inversor (2).De acordo com a invenção, o dito dispositivo elétrico inclui ainda, para cada fase do dito motor (6), um filtro passa-baixa RLC (18) conectado, por um lado, ao ponto médio (16) da fase do dito motor (6) e, por outro lado, a terra.

Description

"DISPOSITIVO ELÉTRICO PARA CARREGAR MEIO ACUMULADOR"
A presente invenção se refere a um dispositivo de carregamento e cai dentro do campo de motores ou alternadores supridos por baterias recarregáveis. A invenção vantajosamente é aplicada ao campo de veículos automotores elétricos, nos quais as baterias podem suprir o motor via um inversor e podem ser recarregadas quando o veículo automotor está parado.
Todavia, embora particularmente destinado para uma tal aplicação, o dispositivo e o método associado poderiam ser usados em outros campos, especialmente em dispositivos de geração de energia do tipo acionado por vento ou acionado por água.
Convencionalmente, um veículo elétrico é equipado com baterias de alta voltagem que fornecem uma corrente CC para um inversor que converte ETA corrente CC em uma corrente CA para suprir um motor elétrico, o último sendo usado para mover o veículo.
Para carregar essas baterias de alta voltagem, é conhecido equipar o veículo com um dispositivo de carregamento integrado no veículo elétrico, compreendendo um de controlador de energia sem ponte, também conhecido como um PFC sem ponte (corretor de fator de energia).
Correntes de modo comum, geradas por corte do conversor, fluem nas capacitâncias parasíticas que os componentes eletrônicos apresentam com relação ao corpo do veículo ou que o motor apresenta com relação ao corpo do veículo ou até mesmo que a bateria apresenta com relação ao corpo do veículo. Essas correntes são enlaçadas de volta pelo corpo do veículo, o fio metálico de terra sendo conectado ao nutro da rede. Normas limitam a emissão de interferência de alta freqüência na rede.
Soluções de filtração passiva podem ajudar a solucionar o problema. Essas, por exemplo, envolvem a colocação de um filtro de modo comum na entrada do carregador. Assim, as correntes de modo comum são alcançadas de volta pelo filtro, em lugar de passar para a rede. Todavia, a desvantagem de filtros, além de seu custo e volume, é que eles geram corrente de fuga de baixa freqüência (em torno de 50 Hz/60 Hz) entre a rede e a terra.
O objetivo da invenção é, portanto, abrandar essas desvantagens da arte anterior pela provisão de um dispositivo de carregamento para reduzir a interferência de alta freqüência na rede.
Para esta finalidade, modalidades de exemplo da invenção provêem um dispositivo para carregar meio acumulador, o dito dispositivo elétrico compreende:
Para esta finalidade, modalidades de exemplo da invenção
provêem um dispositivo para carregar meio acumulador, o dito dispositivo elétrico compreendendo:
- um motor conectado a uma rede externa;
- um inversor conectado às fases do dito motor; e
- dispositivos de comutação integrados no inversor, os ditos
dispositivos de comutação sendo configurados para permitir que o dito motor seja suprido e permitir que o meio acumulador sejam carregados pelo inversor, em que o dito dispositivo elétrico inclui ainda, para cada fase do dito motor, um filtro passa-baixa RLC conectado ao ponto médio da fase do dito motor à terra, e à uma fase da rede externa.
Cada filtro passa-baixa RLC pode compreender três terminais, conectado ao ponto médio de fase do dito motor, à terra e a uma fase de terminal de alimentação, respectivamente.
Tal filtro passivo torna possível atenuar a interferência de alta freqüência sem gerar correntes de fuga entre corrente e terra.
Dito dispositivo de carregamento pode ainda incluir uma ou mais seguintes características, tomadas individualidade ou em combinação:
- o filtro passa-baixa RLC compreende: - um indutor conectado ao ponto médio da dita fase do dito motor via uma primeira extremidade e a segunda extremidade do qual é conectada a uma fase da rede externa, a dita primeiro e segundo terminais sendo preferencialmente dois terminais do filtro passa-baixa RLC,
- um capacitor, uma primeira extremidade do qual é conectada à segunda extremidade do indutor; e
- um resistor, uma primeira extremidade do qual é conectada à segunda extremidade do capacitor e uma segunda extremidade da qual que é conectada à terra; a dita segunda extremidade do resistor sendo preferivelmente o terceiro terminal do filtro de passa-baixa RLC.
- os dispositivos de comutação compreendem uma estrutura de ponte em H para cada fase do motor, de forma que cada estrutura de ponte em H tenha dois braços de comutação respectivamente compreendendo dois interruptores, a fase associada do dito motor sendo conectada entre os quatro interruptores dos dois braços de comutação;
- os dispositivos de comutação respectivamente compreendem pelo menos um transistor e pelo menos um diodo em paralelo;
- o dito dispositivo inclui um conversor de CC/CC entre os dispositivos de comutação e o meio acumulador;
- o dito motor é um motor de três fases;
- o dito dispositivo inclui um circuito de controle configurado de forma a controlar os dispositivos de comutação de modo a passar desde um modo de suprimento do dito motor para um modo de carregamento do meio acumulador, e vice-versa; - o circuito de controle é configurado de forma a transmitir um sinal de controle PWM (modulação de largura de pulso).
Em uma variante, o filtro de passa-baixa RLC compreende um indutor conectado ao ponto médio da dita fase do dito motor via uma prima extremidade, e a segunda extremidade do qual é conectada a uma segunda quantidade de bobina do dito motor, o resistor e o capacitor do filtro de passa- baixa RLC sendo ainda configurados como acima.
Outras características e vantagens da invenção ficarão aparentes a partir da seguinte descrição, dada a título de exemplo, mas que não implica em qualquer limitação, em conjunção com os desenhos anexos, nos quais:
- a figura 1 mostra esquematicamente um dispositivo de carregamento trifásico com uma rede trifásica para um veículo automotor;
- a figura 2 é uma vista mais detalhada de parte do dispositivo de carregamento da figura 1; e
- a figura 3 ilustra um filtro de passa-baixa do dispositivo de carregamento da figura 1.
Nessas figuras e no restante da descrição, elementos idênticos são identificados pelos mesmos números de referência.
Com referência às figuras 1 e 2, essas mostram esquematicamente um dispositivo 1 para carregar uma bateria B de um veículo automotor V, por exemplo, um veículo híbrido ou elétrico, de acordo com uma modalidade de exemplo da invenção.
O dispositivo de carregamento compreende:
- um inversor 2 e dispositivos de comutação 4 integrados no inversor 2 e compreende três pontes em H 3, 3', 3";
Um motor de três fases de CA 6 que tem um ponto médio, o dito motor sendo mostrado em parte, cujas bobinas 7 atuam como um indutor;
- um conector 8; e
- um circuito de controle 9.
O dispositivo 1 pode também incluir um conversor de CC/CC10, colocado entre o inversor 2 e o meio acumulador 5 da bateria B.
Cada uma das pontes em H 3, 3', 3" compreende quatro interruptores 12 distribuídos sobre os seis braços referidos como AaF. uma vantagem da ponte em H sobre uma ponte trifásica convencional é que seu uso duplica a voltagem aplicada às fases do motor 6 para uma dada voltagem; assim, embora o dispositivo tenha o dobro dos números de interruptores 12, a área de silício usada será a mesma para a ponte em H que aquela da ponte trifásica convencional, uma vez que, de fato, as correntes de fase são diminuídas por um fator de dois.
O uso de pontes em H também torna possível reduzir as perdas induzidas por comutação.
Cada braço de comutação AaF compreende dois interruptores12 - um primeiro interruptor 12 na parte superior do braço de comutação na figura 2 e um segundo interruptor 12 na parte inferior do braço de comutação.
O conector 8 é usado para conectar o motor 6 à tomada de uma rede trifásica 11. Por exemplo, para cada fase do motor 6, os terminais 15 da rede 11 são conectados via o indutor 20 aos pontos centrais 16 das duas bobinas 7 da fase do motor 6.
Além disso, o conector 8 pode incluir dispositivos de travamento (não mostrados nas figuras anexas) para impedir o acesso à tomada de rede, caso o dispositivo 1 deva estar sob voltagem. O conector 8 pode também ser combinado com segundos dispositivos de travamento (não mostrados) que impedem o acesso pelo usuário aos condutores (que estão então sob voltagem) durante o modo de suprimento.
O circuito de controle 9 propriamente dito serve para controlar os interruptores 12. Nas figuras, a ligação entre o circuito de controle 9 e os interruptores 12 não foi mostrada a fim de tornar mais fácil a compreensão das figuras.
No exemplo ilustrado, o dispositivo de carregamento 1 é projetado para operar em dois modos:
- um modo de suprimento no qual ele supre o motor 6 com corrente CA via a bateria B; e - um modo de carregamento no qual ele carrega a bateria B a partir da rede 11 conectada à terra, empregando os enrolamentos 7 do motor 6 como indutor.
A comutação desde o modo de suprimento para o modo de carregamento pode ser controlada pelo circuito de controle 9.
Como um exemplo, no modo de suprimento, o circuito de controle 9 controla todos os braços, A, B, C, D, E, e F, gerando correntes trifásicas de uma maneira similar a uma unidade de controle padrão. No modo de carregamento, somente os braços B, D e F são controlados, produzindo, com os indutores 7 do motor 6 da máquina elétrica, uma elevação em voltagem.
Mais precisamente, e no presente exemplo, o circuito de controle 9 controla os braços A a F da seguinte maneira:
- no modo de suprimento, cada uma das pontes em H é controlada de forma a permitir uma corrente CA de fluxo na correspondente fase do motor. As correntes CA nas três fases do motor são convencionalmente coordenadas de forma que o motor gira. Os interruptores 12 (que, no presente exemplo, são transistores de energia) dos ramos AeB podem ser controlados por um dispositivo de controle PWM senoidal, convencional. As duas outras pontes em H são controladas de uma maneira similar, mas com um deslocamento de fase entre elas, preferivelmente um deslocamento de fase de 120° no caso de um motor de três fases; e
- no modo de carregamento trifásico, os dois interruptores de cada um dos braços A, C e D estão abertos, enquanto que os interruptores dos braços B, D e F são controlados usando um dispositivo de controle alternativo convencional para um carregador trifásico, de forma que uma corrente CA flui através de cada indutor 7 e a função de PFC (correção de fator de energia) é realizada em todas as fases. Além disto, com referência novamente à figura 1, o uso de um conversor de CCICC 10 colocado entre o inversor 2 e o meio acumulador 5 torna possível adaptar as voltagens e, consequentemente, otimizar o tamanho do inversor sem prejudicar a eficiência. De fato, a voltagem do meio acumulador 5 varia com sua carga, as variações variando desde variações simples para duplas; o uso de um conversor de CC/CC 10 torna possível dimensionar o inversor 2 para uma voltagem mais baixa, o dito inversor tendo que passar tanto quanto a metade da corrente.
Para fornecer um exemplo, este conversor 10 compreende um indutor 101 conectado ao meio acumulador 5, dois interruptores 102, cujo ponto medido é conectado ao indutor 101, e um capacitor 103 conectado aos terminais dos dois interruptores 102.
Além disto, como pode ser notado na figura 2, o dispositivo de carregamento 1 também inclui, para cada fase do motor 6, um filtro passa- baixa RLC (mais bem visível na figura 3) conectado, por um lado, ao ponto médio 16 e, por outro lado, à terra.
Mais precisamente, um filtro RLC 18 compreende:
- um indutor 20 conectado ao ponto médio 16 via sua primeira extremidade 20a, sua segunda extremidade 20b sendo conectada a uma fase da rede;
- um capacitor 22, uma primeira extremidade 22a do qual é conectada à primeira extremidade 20a do indutor 20; e
- um resistor 24, uma primeira extremidade 24a do qual é conectada à segunda extremidade 22b do capacitor 22 e uma segunda extremidade 24b do qual é ligada à terra.
Este filtro RLC, portanto, é eficaz para reduzir interferência de alta freqüência, enquanto permite que um pequeno tamanho dos componentes seja usado.
Naturalmente, o dispositivo de carregamento trifásico 1 descrito acima pode ser generalizado para formar um sistema polifásico.

Claims (9)

1. Dispositivo elétrico para carregar meio acumulador (5), caracterizado pelo fato de que compreende: - um motor (6) conectado a uma rede externa (11); - um inversor (2) conectado às fases do dito motor (6); e - dispositivos de comutação (4) integrados no inversor (2), os ditos dispositivos de comutação (4) sendo configurados para permitir que o dito motor (6) seja suprido e permitir que o meio acumulador (5) sejam carregados pelo inversor (2), o dito dispositivo elétrico incluindo ainda, para cada fase do dito motor (6), um filtro passa-baixa RLC (18) compreendendo três terminais respectivamente conectados ao ponto médio (16) da fase do dito motor (6), à terra e à fase da rede externa.
2. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o filtro passa-baixa RLC compreende: - um indutor (20) conectado ao ponto médio (16) da dita fase do dito motor (6) via uma primeira extremidade (20a), e a segunda extremidade (20b) do qual é conectada a uma fase da rede externa; - um capacitor (22), uma primeira extremidade (22a) do qual é conectada à segunda extremidade (20b) do indutor (20); e - um resistor (24), uma primeira extremidade (24a) do qual é conectada à segunda extremidade (22b) do capacitor (22) e uma segunda extremidade (22b) do qual é conectada a terra.
3. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dispositivos de comutação (4) compreendem uma estrutura de ponte em H (3, 3', 3") para cada fase do motor (6), de modo que cada estrutura de ponte em H (3, 3', 3") tem dois braços de comutação (A, B, C, D, E, F) respectivamente compreendendo dois interruptores (12), a fase associada do dito motor (6) sendo conectada entre os quatro interruptores (12) dos dois braços de comutação (A, B, C, D, E, F).
4. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o meio de comutação (4) respectivamente compreende pelo menos um transistor e pelo menos um diodo em paralelo.
5. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui um conversor de CC/CC (10) entre os dispositivos de comutação (4) e o meio acumulador (5).
6. Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito motor (6) é um motor de três fases.
7. Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui um circuito de controle (9) configurado de forma a controlar os dispositivos de comutação (4) de modo a passar desde um modo para suprir o dito motor (6) para um modo para carregar o meio acumulador (5), e vice-versa.
8.
Dispositivo elétrico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle (9) sendo configurado de modo a transmitir um sinal de controle de PWM (modulação de largura de pulso).
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