BR102016026304A2 - Electric machine and electrical system - Google Patents

Abstract

é fornecida uma máquina elétrica (102; 200; 300). a máquina elétrica inclui um estator (104; 310), um rotor (106) e uma pluralidade de comutadores (260;320). o estator inclui enrolamentos principais (210) e enrolamentos auxiliares (220). o rotor é acoplável a uma máquina motriz (108) configurada para girar o rotor em relação ao estator para gerar pelo menos seis fases de potência de corrente alternada (ca) nos enrolamentos principais. a pluralidade de comutadores é acoplada, respectivamente, entre os enrolamentos auxiliares e grupos dos enrolamentos principais. a pluralidade de comutadores é configurada para converter as pelo menos seis fases para três fases quando a pluralidade de comutadores é fechada.

Description

“MÁQUINA ELÉTRICA E SISTEMA ELÉTRICO” Antecedentes [001] O campo da revelação se refere, de modo geral, a máquinas elétricas de múltiplas fases e, mais particularmente, a uma máquina elétrica operável como um motor de múltiplas fases e um gerador de múltiplas fases, e um método de uso dos mesmos.

[002] Muitos sistemas elétricos conhecidos realizam tanto acionamento quanto geração elétricos durante o curso de operação normal. Por exemplo, e sem limitação, certos sistemas de potência de veículo, tais como sistemas de potência de aeronave, incluem máquinas elétricas que são utilizadas como um motor para propulsão e também podem ser usadas como geradores elétricos. Durante o acionamento, a potência elétrica de uma fonte auxiliar é aplicada à máquina elétrica para girar um rotor anexado a uma carga mecânica. As cargas mecânicas incluem, por exemplo, e sem limitação, girar uma haste de acionamento para dar partida a um mecanismo motor ou para acelerar um veículo. As fontes de potência auxiliares incluem, por exemplo, e sem limitação, várias fontes de potência de corrente alternada (CA) e de corrente contínua (CC), tais como potência de grade de CA, uma bateria, uma matriz fotovoltaica ou outra fonte de potência adequada para a carga mecânica. Durante a geração, uma máquina motriz gira o rotor para gerar potência de CA. A potência de CA gerada é, então, distribuída para uma ou mais cargas de CA ou CC.

[003] A potência de CA gerada para uma máquina elétrica particularmente conhecida é tipicamente produzida em uma tensão específica com uma ou mais fases. Tal potência de CA é, então, convertida por um transformador para um nível de tensão adequado para fornecer energia a uma determinada carga de CA, e, adicionalmente, convertida por um retíficador para CC para fornecer energia a uma determinada carga de CC. A retificação de potência de CA para potência de CC rende, de modo geral, uma potência de CC de qualidade mais alta quando a potência de CA tem múltiplas fases, por exemplo, 3 fases, 6 fases e 12 fases. Por exemplo, as saídas de fase deslocada do retificador se combinam para produzir tensões e correntes de baixa ondulação devido ao cancelamento de harmônicos de fase deslocada. De modo semelhante, o acionamento sob potência auxiliar tipicamente utiliza potência de fase única ou de 3 fases. Consequentemente, uma máquina elétrica que tanto aciona quanto gera o faz tipicamente com potência de 3 fases.

[004] Muitos sistemas elétricos conhecidos que utilizam as máquinas elétricas de acionamento-geração incluem geralmente elementos eletrônicos de potência adicionais para realizar as funções de acionamento e geração necessárias. Por exemplo, e sem limitação, um sistema de potência de aeronave conhecido pode incluir uma unidade retificadora de transformador automático (ATRU) que inclui uma unidade de transformador automático (ATU) e um retificador. Durante a geração, a ATU converte a potência de 3 fases gerada para uma potência de múltiplas fases de ordem maior, isto é, 6 fases ou mais. A potência de múltiplas fases é, então, retificada para CC e distribuída para as cargas elétricas de CA ou CC. Os elementos eletrônicos de potência adicionais usados para converter para potência de múltiplas fases e, então, para potência de CC são geralmente quase tão pesados quanto a máquina elétrica em si. O peso adicional no sistema elétrico reduz a eficiência. Além disso, os transformadores e os retificadores necessários tipicamente introduzem perdas por si só, incluindo, por exemplo, e sem limitação, perdas de comutação e perdas parasíticas.

Breve Descrição [005] Em um aspecto, é fornecida uma máquina elétrica. A máquina elétrica inclui estator, um rotor e uma pluralidade de comutadores. O estator inclui enrolamentos principais e enrolamentos auxiliares. O rotor é acoplável a uma máquina motriz configurada para girar o rotor em relação ao estator para gerar pelo menos seis fases de potência de corrente alternada (CA) nos enrolamentos principais. A pluralidade de comutadores é acoplada, respectivamente, entre os enrolamentos auxiliares e os grupos dos enrolamentos principais. A pluralidade de comutadores é configurada para converter as pelo menos seis fases para três fases quando a pluralidade de comutadores é fechada.

[006] Em outro aspecto, um método de utilização de uma máquina elétrica é fornecido. O método inclui gerar pelo menos seis fases de potência de corrente alternada (CA) em enrolamentos principais de um estator da máquina elétrica. O método inclui adicionalmente acoplar enrolamentos auxiliares do estator a grupos dos enrolamentos principais para converter as pelo menos seis fases para três fases. O método inclui, adicionalmente, acionamento sob potência de CA auxiliar aplicada às três fases da máquina elétrica.

[007] Em ainda outro aspecto, um sistema elétrico é fornecido. O sistema elétrico inclui uma máquina elétrica, um controlador, um retificador e um transformador. A máquina elétrica inclui enrolamentos principais e enrolamentos auxiliares. A máquina elétrica é operável para gerar uma potência de corrente alternada (CA) de múltiplas fases, e adicionalmente operável para acionar sob potência de CA de três fases. O controlador é configurado para acoplar os enrolamentos auxiliares aos enrolamentos principais durante o acionamento sob a potência de CA de três fases. O controlador é adicionalmente configurado para desacoplar os enrolamentos auxiliares durante a geração da potência de CA de múltiplas fases. O retificador é configurado para retificar a potência de CA de múltiplas fases para uma potência de corrente contínua (CC). O transformador é configurado para converter a potência de CC para uma tensão de saída de CC.

Figuras [008] Essas e outras funções, vantagens e aspectos da presente revelação serão mais bem compreendidos mediante a leitura da descrição detalhada a seguir com referência aos desenhos anexos, em que os caracteres semelhantes representam partes semelhantes ao longo dos desenhos, em que: A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema elétrico exemplificador; A Figura 2 é um diagrama esquemático de enrolamentos para uma máquina elétrica exemplificadora para uso no sistema elétrico mostrado na Figura 1; A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma máquina elétrica exemplificadora para uso no sistema elétrico mostrado na Figura 1; A Figura 4 é um diagrama de fases para as máquinas elétricas mostradas nas Figuras 2 e 3; e A Figura 5 é um fluxograma de um método exemplificador de uso de uma máquina elétrica, tal como as máquinas elétricas mostradas nas Figuras 1,2 e 3.

[009] A menos que seja indicado de outra forma, os desenhos fornecidos no presente documento são destinados a ilustrar os recursos das realizações desta revelação. Acredita-se que esses recursos sejam aplicáveis a uma ampla variedade de sistemas que compreendem uma ou mais realizações dessa revelação. Desse modo, os desenhos não são destinados a incluir todos os recursos convencionais conhecidos pelos indivíduos versados na técnica a serem exigidos para a prática das realizações reveladas no presente documento.

Descrição Detalhada [010] No relatório descritivo e nas reivindicações apresentados a seguir, vários termos que são referenciados têm os significados a seguir.

[011] As formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” incluem referências plurais, a menos que o contexto claramente dite o contrário.

[012] “Opcional” ou “opcionalmente” significam que o evento ou a circunstância descritos subsequentemente podem ou não ocorrer, e que a descrição inclui exemplos em que o evento ocorre e exemplos em que o evento não ocorre.

[013] “Acoplável” é uma propriedade de dois ou mais objetos que são prontamente acoplados e desacoplados uns dos outros. O acoplamento e o desacoplamento podem ser, por exemplo, e sem limitação, elétricos ou mecânicos. O acoplamento pode ser direto, ou pode incluir componentes adicionais para facilitar o acoplamento e o desacoplamento. Por exemplo, dois circuitos elétricos podem ser acopláveis através de um ou mais comutadores. De modo semelhante, dois componentes mecânicos podem ser acopláveis por um prendedor ou através de engrenagem.

[014] A linguagem aproximada, conforme usada no presente documento ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, pode ser usada para modificar qualquer representação quantitativa que possa variar de forma permissível sem resultar em uma mudança na função básica a qual é relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo ou termos, tais como “cerca de”, "aproximadamente" e "substancialmente", não se limita ao valor preciso especificado. Em pelo menos alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medição do valor. No presente contexto e ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, as limitações de faixa podem ser combinadas e/ou alternadas; tais faixas são identificadas e incluem todas as subfaixas contidas nas mesmas, a menos que o contexto ou a linguagem indiquem o contrário.

[015] As realizações da presente revelação se referem a máquinas elétricas de múltiplas fases. As máquinas elétricas descritas no presente documento fornecem geração de potência de múltiplas fases e capacidade de acionamento de três fases. Além disso, as máquinas elétricas descritas no presente documento utilizam um conjunto de enrolamentos auxiliares durante o acionamento. Os enrolamentos auxiliares são projetados para ter uma fase e amplitude específicos de modo que os mesmos combinem, cada um, com um enrolamento principal correspondente para converter a máquina elétrica de múltiplas fases para uma máquina elétrica de três fases, facilitando, desse modo, o acionamento sob uma potência de entrada de três fases auxiliar. Os enrolamentos auxiliares são desenergizados enquanto a máquina elétrica gera a potência. As máquinas elétricas descritas no presente documento incluem adicionalmente elementos eletrônicos de potência, tais como, por exemplo, e sem limitação, retificadores, filtros e transformadores para converter a potência de CA de múltiplas fases gerada para uma tensão de saída de CC.

[016] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema elétrico exemplificador 100. O sistema elétrico 100 inclui uma máquina elétrica, tal como motor/gerador 102. O motor/gerador 102 inclui um estator 104 e um rotor 106. Durante a geração de potência, o rotor 106 é acoplável a uma máquina motriz 108 que gira o rotor 106 em relação ao estator 104 quando o motor/gerador 102 está em acionamento. Em certas realizações, a máquina motriz 108 é desacoplada do rotor 106 quando motor/gerador 102 está em geração. A máquina motriz 108 inclui, de modo geral, uma haste de acionamento acoplada a um mecanismo motor, uma turbina ou outra fonte adequada de energia mecânica. A máquina motriz 108, em certas realizações, se acopla ao rotor 106 através de uma caixa de engrenagem (não mostrada). Conforme o rotor 106 gira em relação ao estator 104, a potência de CA de múltiplas fases é gerada no estator 104. A potência de múltiplas fases é convertida em potência de CC para a distribuição.

[017] Durante o acionamento, a potência aplicada ao estator 104 gira o rotor 106, que é acoplável a uma carga mecânica. A carga mecânica, em certas realizações, inclui rodar um mecanismo motor. A carga mecânica pode incluir qualquer outra carga mecânica adequada, incluindo, por exemplo, e sem limitação, uma turbina, um tambor e um sistema de propulsão.

[018] O sistema elétrico 100 inclui um barramento principal de CC 110 acoplável ao estator 104 do motor/gerador 102 através de um comutador de desconexão de gerador 112. A potência de CC gerada pelo motor/gerador 102 é fornecida ao barramento principal de CC 110 para a distribuição. O sistema elétrico 100 inclui adicionalmente uma fonte de potência auxiliar 114 acoplável ao barramento principal de CC 110 através de uma comutador de desconexão de potência auxiliar 116. Durante a geração, o comutador de desconexão de gerador 112 é fechado para permitir que o motor/gerador 102 energize o barramento principal de CC 110. Em certas realizações, o comutador de desconexão de potência auxiliar 116 é aberto durante a geração. Em outras realizações, o comutador de desconexão de potência auxiliar 116 é fechado para facilitar o carregamento da fonte de potência auxiliar 114. Durante o acionamento, o comutador de desconexão de gerador 112 é aberto e o comutador de desconexão de potência auxiliar 116 é fechado. A fonte de potência auxiliar 114 energiza o barramento principal de CC 110 e, por fim, fornece potência para girar o rotor 106 do motor/gerador 102. A fonte de potência auxiliar 114, em certas realizações, inclui uma bateria ou outro reservatório de energia adequado para armazenar energia elétrica. Em certas realizações, a fonte de potência auxiliar 114 inclui um elemento fotovoltaico, gerador eólico, gerador de combustão ou outra fonte de potência elétrica adequada.

[019] O sistema elétrico 100 inclui adicionalmente um controlador 118 acoplado ao barramento principal de CC 110. Durante o acionamento, o controlador 118 é configurado para regular a potência auxiliar fornece ao estator 104 do motor/gerador 102 através do barramento principal de CC 110. O controlador 118, em certas realizações, inclui elementos eletrônicos de potência para converter a potência de CC do barramento principal de CC 110 para potência de CA adequada para fornecer energia a uma carga de CA 120 e para rodar o motor/gerador 102. Tais elementos eletrônicos de potência incluem, por exemplo, e sem limitação, um inversor de três fases. O controlador 118 fornece potência do barramento principal de CC 110 para o estator 104 através de um comutador de desconexão de motor 122. O controlador 118 fornece potência para a carga de CA 120 através de um comutador de desconexão de carga 124.

[020] Em certas realizações, o sistema elétrico 100 opera, primeiramente, como um motor, em que o motor/gerador 102 roda o rotor 106 sob potência auxiliar da fonte de potência auxiliar 114 para iniciar um mecanismo motor. Durante o acionamento, em certas realizações, a potência auxiliar é fornecida apenas ao estator 104, e não é distribuída para a carga de CA 120. Uma vez que o mecanismo motor alcança uma velocidade adequada, o sistema elétrico transita para a geração de potência, em que o mecanismo motor opera uma máquina motriz 108. Durante a geração, a fonte de potência auxiliar 114 é desconectada, e a potência de CC gerada é colocada no barramento principal de CC 110, onde a mesma é distribuída para a carga de CA 120.

[021] A Figura 2 é um diagrama esquemático de enrolamentos para uma máquina elétrica exemplificadora 200 para uso no sistema elétrico 100 (mostrado na Figura 1). A máquina elétrica 200 inclui enrolamentos principais 210 e enrolamentos auxiliares 220. Os enrolamentos principais 210 são usados enquanto a máquina elétrica 200 está em operação como um gerador. Durante o acionamento, a máquina elétrica 200 usa tanto os enrolamentos principais 210 quanto os enrolamentos auxiliares 220. A máquina elétrica 200 inclui seis enrolamentos principais organizados em dois conjuntos de três fases: A1, B1, C1 e A2, B2, C2, sendo que os conjuntos são complementados com as linhas neutras 230 e 240, isto é, N1 e N2.

[022] Em realizações alternativas, a máquina elétrica 200 inclui qualquer número de fases maior que três. Por exemplo, certas realizações incluem incrementos de três fases, tais como seis fases, nove fases e doze fases. A saída de potência de múltiplas fases de tais realizações aprimora a qualidade harmônica da potência de saída de CC retificada.

[023] Durante a geração, a máquina elétrica 200 gera potência de CA nos terminais de enrolamento 250. Além disso, a máquina elétrica 200 desenergiza os enrolamentos auxiliares 220 através da abertura dos comutadores 260, isolando os enrolamentos auxiliares 220 de tensões de CA produzidos nos terminais A1, B1, C1, A2, B2 e C2. As tensões de CA geradas pelos enrolamentos principais 210 são, cada uma, deslocadas de fase umas das outras por um diferencial de fase. O diferencial de fase, em certas realizações, é constante entre todas as fases. Em realizações alternativas, o diferencial de fase varia entre as fases.

[024] Durante o acionamento, a máquina elétrica 200 utiliza enrolamentos principais 210 e enrolamentos auxiliares 220. Os comutadores 260 são fechados para acoplar certos enrolamentos principais 210 a certos enrolamentos auxiliares 220. O acoplamento dos enrolamentos principais aos enrolamentos auxiliares afeta uma soma vetorial das fases de cada enrolamento, resultando em três fases em comum. A potência de três fases é aplicada a essas fases em comum através dos terminais X1, Y1 e Z1.

[025] As fases e amplitudes, isto é, as tensões, de enrolamentos auxiliares 220 são uma função de um número de voltas nas bobinas, um deslocamento de fenda, um comprimento de bobina e uma amplitude de bobina ou afastamento. Cada um dos enrolamentos auxiliares 220 é projetado para ser somado a um dos enrolamentos principais 210, de modo que a fase e a amplitude resultantes sejam comuns com um ou mais outros dentre os enrolamentos principais 210. A máquina elétrica 200 inclui seis enrolamentos principais 210, que são agrupados em grupos: A1 e A2, B1 eB2 eC1 e C2. Quando o enrolamento auxiliar Y1 for somado com o enrolamento principal A1, a fase e a amplitude resultantes são comuns com aquelas do enrolamento principal A2 somado com Y2, permitindo que esses terminais sejam fechados. De modo semelhante, o enrolamento auxiliar X1 é somado ao enrolamento principal B1, e o enrolamento auxiliar Z1 é somado ao enrolamento principal C1. Com os comutadores 260 fechados, a máquina elétrica 200 é operável como um motor de três fases.

[026] Em uma realização alternativa, os comutadores 260 são configurados de modo que a máquina elétrica 200 seja operável como um motor de três fases quando os comutadores 260 são abertos, e a máquina elétrica 200 é adicionalmente operável como um gerador quando os comutadores 260 são fechados.

[027] A Figura 3 é um diagrama esquemático de uma máquina elétrica exemplíficadora 300 para uso no sistema elétrico 100 (mostrado na Figura 1). A máquina elétrica 300 é uma máquina de seis fases que inclui um estator 310 que tem enrolamentos principais A1, B1, C1, A2, B2 e C2, e os enrolamentos auxiliares X1, Y1, Z1, X2, Y2 e Z2. O estator 310 inclui adícionalmente linhas neutras N1 e N2. Os enrolamentos auxiliares X1, Y1, Z1, X2, Y2 e Z2 são habilitados através do fechamento dos comutadores 320, convertendo a máquina elétrica 300 para uma potência de motor de três fases nos terminais de acionamento 330. Os comutadores 320 acoplam os enrolamentos auxiliares aos enrolamentos principais de modo que cada um dos enrolamentos auxiliares seja somado vetorialmente a um enrolamento principal para formar uma máquina de três fases.

[028] Durante a geração, a potência de CA de múltiplas fases é gerada nos enrolamentos principais A1, B1, C1, A2, B2 e C2. A potência de CA de múltiplas fases é passada através dos retificadores 340 e 350 para produzir uma potência de CC. A potência de CC é passada, então, através dos transformadores 360 e 370 e, então, do filtro 380 para produzir uma potência de CC de saída nos terminais de gerador 390.

[029] A Figura 4 é um diagrama de fases 400 para as máquinas elétricas 200 e 300 (mostradas nas Figuras 2 e 3, respectivamente). O diagrama de fases 400 inclui um gráfico de fase de geração 410 e um gráfico de fase de acionamento 420 para uma máquina de seis fases.

[030] No gráfico de fase de geração 410, seis fases que correspondem a seis enrolamentos principais são ilustradas: A1, B1, C1, A2, B2 e C2. As seis fases são dispostas em dois conjuntos de três fases, em que cada uma das três fases é deslocada 120 graus das outras. Além disso, os conjuntos de três fases são deslocados de fase uns dois outros por 30 graus. Durante a geração, as tensões de CA são geradas em cada uma das seis fases, em que cada fase é deslocada da outra.

[031] No gráfico de fase de acionamento 420, as fases principais A1, B1, C1, A2, B2 e C2 são mostradas. O gráfico de fase de acionamento 420 ilustra adicionalmente os enrolamentos auxiliares X1, X2, Y1, Y2, Z1 e Z2. O gráfico de fase de acionamento 420 ilustra adicionalmente que, quando os enrolamentos auxiliares são acoplados aos enrolamentos principais, a máquina de seis fases é transformada em uma máquina de três fases que tem as fases A, B e C. A fase A é uma combinação das fases principais A1 e A2 e das fases auxiliares Y1 e Y2. Quando o enrolamento principal A1 é acoplado ao enrolamento auxiliar Y1, a soma das respectivas fases e amplitudes é a fase e a amplitude da fase A. De modo semelhante, quando o enrolamento principal A2 é acoplado ao enrolamento auxiliar Y2, a soma das respectivas fases e amplitudes é a fase e a amplitude da fase A. De modo semelhante, a fase B é uma combinação das fases principais B1 e B2 e das fases auxiliares X1 e X2 e a fase C é uma combinação das fases principais C1 e C2 e das fases auxiliares Z1 e Z2.

[032] Cada um dos enrolamentos auxiliares Χ1, X2, Υ1, Y2, Z1 e Z2 é projetado de modo que a soma vetorial de sua fase e amplitude com um dos enrolamentos principais A1, B1, C1, A2, B2 e C2 produza uma fase e uma amplitude em comum com outro dentre os enrolamentos principais. Por exemplo, conforme mostrado no gráfico de fase de acionamento 420, o enrolamento auxiliar Y1 tem um comprimento de bobina, número de voltas, afastamento de bobina e posição de fenda de modo que o mesmo produza uma fase e uma amplitude que, quando acoplado ao enrolamento principal A1, produza a fase e a amplitude da fase A, que é uma fase e uma amplitude em comum com a soma do enrolamento principal A2 e do enrolamento auxiliar Y2.

[033] Em uma realização alternativa, os enrolamentos auxiliares X1, X2, Y1, Y2, Z e Z2 são acoplados a um conjunto de três fases de enrolamentos principais A1, B1, C1, A2, B2 e C2. Por exemplo, um enrolamento auxiliar Y é acoplado ao enrolamento principal A2, em que a soma vetorial da fase Y e A2 é A1. Em vez de resultar em uma fase intermediária A, conforme mostrado no gráfico de fase de acionamento 420, a fase e a amplitude em comum são simplesmente a fase A1.

[034] A Figura 5 é um fluxograma de um método exemplificador 500 de uso de uma máquina elétrica, tal como as máquinas elétricas 102, 200 e 300 (mostradas nas Figuras 1,2 e 3, respectivamente). Agora, em referência às Figuras 1, 2 e 5, o método 500 se inicia em uma etapa de início 510. Em uma etapa de geração 520, seis fases de potência de CA são geradas em enrolamentos principais 210 do estator 104. Em certas realizações, as seis fases de potência de CA são passadas através de retificadores, transformadores e filtros para produzir uma tensão de saída de CC.

[035] Em uma etapa de acoplamento 530, os enrolamentos auxiliares 220 são acoplados a enrolamentos principais 210 por comutadores 260. O acoplamento dos enrolamentos auxiliares 220 e dos enrolamentos principais 210 resulta em uma conversão das seis fases para três fases, o que facilita a aplicação de uma potência de três fases auxiliar para enrolamentos principais 210 e enrolamentos auxiliares 220 para o acionamento. Em uma etapa de acionamento 540, a máquina elétrica 102 aciona sob a potência de três fases auxiliar com o uso de três fases. O método 500 termina em uma etapa de término 550.

[036] As máquinas elétricas de múltiplas fases descritas acima fornecem geração de potência de múltiplas fases e capacidade de acionamento de três fases. As máquinas elétricas descritas no presente documento utilizam um conjunto de enrolamentos auxiliares durante o acionamento. Os enrolamentos auxiliares são projetados para ter uma fase e amplitude específicos de modo que os mesmos combinem, cada um, com um enrolamento principal correspondente para converter a máquina elétrica de múltiplas fases para uma máquina elétrica de três fases, facilitando, desse modo, o acionamento sob uma potência de entrada de três fases auxiliar. Os enrolamentos auxiliares são desenergizados enquanto geram potência. As máquinas elétricas descritas no presente documento incluem adicionalmente elementos eletrônicos de potência, tais como, por exemplo, e sem limitação, retificadores, filtros e transformadores para converter a potência de CA de múltiplas fases gerada para uma tensão de saída de CC.

[037] Um efeito técnico exemplificador dos métodos, sistemas e aparelhos descritos no presente documento inclui pelo menos um dentre: (a) acionamento de três fases e geração de potência de múltiplas fases em um único pacote de máquina elétrica; (b) redução de elementos eletrônicos de potência necessários para o condicionamento de potência e o deslocamento de fase; (c) redução do peso do sistema elétrico através da eliminação de elementos eletrônicos de potência; (d) incorporação de retificadores, transformadores e filtros ao pacote da máquina elétrica; (e) aprimoramento da eficiência do sistema elétrico através da eliminação de elementos eletrônicos de potência com perdas; e (f) aprimoramento da eficiência do sistema geral através da redução de peso.

[038] As realizações exemplificadoras de métodos, sistemas e aparelhos para máquinas elétricas de múltiplas fases não são limitadas às realizações específicas descritas no presente documento, mas, em vez disso, os componentes de sistemas e/ou das etapas dos métodos podem ser utilizados de forma independente e separada de outros componentes e/ou etapas descritos no presente documento. Por exemplo, os métodos também podem ser usados em combinação com outras máquinas elétricas de múltiplas fases não convencionais, e não são limitados à prática somente com os sistemas e métodos descritos no presente documento. Em vez disso, a realização exemplificadora pode ser implantada e utilizada em conexão com muitas outras aplicações, equipamentos e sistemas que podem se beneficiar do custo reduzido, complexidade reduzida, disponibilidade comercial, confiabilidade aprimorada em temperaturas altas e capacidade de memória aprimorada.

[039] Embora características específicas de várias realizações da revelação possam ser mostradas em alguns desenhos e não em outros, isso se dá somente por motivos de conveniência. De acordo com os princípios da revelação, qualquer característica de um desenho pode ser denominada e/ou reivindicada em combinação com outras características em qualquer outro desenho.

[040] Esta descrição escrita usa exemplos para apresentar a invenção, inclusive o melhor modo, e também para capacitar qualquer indivíduo versado na técnica a praticar a invenção, inclusive a produzir e utilizar qualquer aparelho ou sistema e a executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da revelação é definido através das reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram aos indivíduos versados na técnica. Tais outros exemplos têm como objetivo estarem dentro do escopo das reivindicações se os possuírem elementos estruturais que não os diferenciem a partir da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações.

Lista de Partes 100 Sistema elétrico 102 Motor/gerador 104 Estator 106 Rotor 108 Máquina motriz 110 Barramento principal de CC 112 Comutador de desconexão de gerador 114 Fonte de potência auxiliar 116 Comutador de desconexão de potência auxiliar 118 Controlador 120 Carga de CA 122 Comutador de desconexão de motor 124 Comutador de desconexão de carga 200 Máquina elétrica 210 Enrolamentos principais 220 Enrolamentos auxiliares 230 Linha neutra 240 Linha neutra 250 Terminais de enrolamento 260 Comutadores 300 Máquina elétrica 310 Estator 320 Comutadores 330 Terminais de acionamento 340 Retificador 350 Retificador 360 Transformador 370 Transformador 380 Filtro 390 Terminais de gerador 400 Diagrama de fases 410 Gráfico de fase de geração 420 Gráfico de fase de acionamento 500 Método 510 Etapa de início 520 Etapa de geração 530 Etapa de acoplamento 540 Etapa de acionamento 550 Etapa de término A1 Enrolamento principal A2 Enrolamento principal B1 Enrolamento principal B2 Enrolamento principal C1 Enrolamento principal C2 Enrolamento principal X1 Enrolamento auxiliar X2 Enrolamento auxiliar Y1 Enrolamento auxiliar Y2 Enrolamento auxiliar Z1 Enrolamento auxiliar Z2 Enrolamento auxiliar A Enrolamento principal B Enrolamento principal C Enrolamento principal X Enrolamento principal S Enrolamento principal Z Enrolamento principal Reivindicações

Claims (15)

1. MÁQUINA ELÉTRICA (102; 200; 300), caracterizada pelo fato de que compreende: um estator (104; 310) que compreende enrolamentos auxiliares (220) e enrolamentos principais (210), sendo que os enrolamentos principais são agrupados em grupos dos ditos enrolamentos principais; um rotor (106) acoplável a uma máquina motriz (108) configurada para girar o dito rotor em relação ao dito estator para gerar pelo menos seis fases de potência de corrente alternada (CA) nos ditos enrolamentos principais; e uma pluralidade de comutadores (260;320) acoplada, respectivamente, entre os ditos enrolamentos auxiliares e os grupos dos ditos enrolamentos principais, sendo que a dita pluralidade de comutadores é configurada para converter as pelo menos seis fases para três fases quando a dita pluralidade de comutadores é fechada.

2. MÁQUINA ELÉTRICA (102; 200; 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita pluralidade de comutadores (260;320) é aberta quando a máquina motriz (108) gira o dito rotor (106) para gerar as pelo menos seis fases de potência de CA, e em que a dita pluralidade de comutadores é fechada quando a potência de CA de três fases é aplicada ao dito estator (104; 310) para girar o dito rotor para o acionamento.

3. MÁQUINA ELÉTRICA (102; 200; 300), de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que os ditos enrolamentos auxiliares (220) são desenergizados quando a dita pluralidade de comutadores (260;320) é aberta.

4. MÁQUINA ELÉTRICA (102; 200; 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os ditos enrolamentos principais (210) compreendem uma pluralidade de conjuntos de enrolamentos de três fases, sendo que cada fase tem um deslocamento de fase em relação à outra.

5. MÁQUINA ELÉTRICA (102; 200; 300), de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que os ditos enrolamentos auxiliares (220) têm respectivas fases e amplitudes de modo que os grupos dos ditos enrolamentos principais (210), quando respectivamente somados com os ditos enrolamentos auxiliares, são somados às três fases e às tensões em comum correspondentes.

6. MÁQUINA ELÉTRICA (102; 200; 300), de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que as respectivas fases e amplitudes dos ditos enrolamentos auxiliares (220) são funções dos respectivos comprimentos de bobina, voltas de bobina e afastamentos de bobina dos ditos enrolamentos auxiliares.

7. MÁQUINA ELÉTRICA (102; 200; 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de enrolamentos adicionais no dito estator, sendo que a dita pluralidade de enrolamentos adicionais, em combinação com os ditos enrolamentos principais (210), é configurada para gerar nove fases de potência de CA quando a máquina motriz (108) gira o dito rotor (106); e em que a dita pluralidade de comutadores (260;320) é adicionalmente respectivamente acoplada entre a dita pluralidade de enrolamentos adicionais e os grupos dos ditos enrolamentos principais, sendo que a dita pluralidade de comutadores é adicionalmente configurada para converter as nove fases para as três fases.

8. MÁQUINA ELÉTRICA (102; 200; 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito rotor (106), quando girado, é configurado para gerar nova fases totais de potência de CA nos ditos enrolamentos principais (210).

9. SISTEMA ELÉTRICO (100), caracterizado pelo fato de que compreende: uma máquina elétrica (102; 200; 300) que compreende os enrolamentos principais (210) e os enrolamentos auxiliares (220), sendo que a dita máquina elétrica é operável para gerar uma potência de corrente alternada (CA) de múltiplas fases, e um motor sob potência de CA de três fases; um controlador (118) configurado para acoplar os ditos enrolamentos auxiliares aos ditos enrolamentos principais durante o acionamento sob a potência de CA de três fases, e desacoplar os ditos enrolamentos auxiliares ao gerar a potência de CA de múltiplas fases; um retificador (340,350) configurado para retificar a potência de CA de múltiplas fases para uma potência de corrente contínua (CC); e um transformador de interfase (370) configurado para combinar as saídas do retificador para converter a potência de CC em uma tensão de saída de CC.

10. SISTEMA ELÉTRICO (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a dita máquina elétrica compreende adicionalmente: um estator que compreende os ditos enrolamentos principais e os ditos enrolamentos auxiliares; um rotor acoplável a uma máquina motriz configurada para girar o dito rotor em relação ao dito estator para gerar a potência de CA de múltiplas fases nos ditos enrolamentos principais; e uma pluralidade de comutadores controlável pelo dito controlador e respectivamente acoplada entre os ditos enrolamentos auxiliares e os grupos dos ditos enrolamentos principais, sendo que a dita pluralidade de comutadores é configurada para converter a potência de CA de múltiplas fases para três fases quando a dita pluralidade de comutadores é fechada.

11. SISTEMA ELÉTRICO (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito retificador (340,350) compreende uma pluralidade de retificadores de múltiplos pulsos acoplada a respectivos terminais de saída (390) para os ditos enrolamentos principais (210).

12. SISTEMA ELÉTRICO (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um filtro (380) configurado para combinar as saídas de CC do retificador (340,350) para gerar a tensão de saída de CC.

13. SISTEMA ELÉTRICO (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que ditos enrolamentos principais (210) compreendem dois conjuntos de enrolamentos de três fases, sendo que os ditos enrolamentos principais são configurados para gerar uma potência de CA de seis fases.

14. SISTEMA ELÉTRICO (100), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os ditos enrolamentos auxiliares (220) compreendem seis enrolamentos auxiliares acopláveis aos ditos dois conjuntos de enrolamentos de três fases.

15. SISTEMA ELÉTRICO (100), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: uma fonte de potência auxiliar (114) configurada para fornecer potência de CC auxiliar; e um barramento de CC (110) acoplado ao dito controlador (118) e adicionalmente acoplável à dita máquina elétrica (102; 200; 300) e à dita fonte de potência auxiliar através de respectivos comutadores (260;320), sendo que o dito barramento de CC é configurado para fornecer potência à dita máquina elétrica a partir da dita fonte de potência auxiliar durante o acionamento; em que o dito controlador é adicionalmente acoplável a uma carga de CA (120) através de um comutador (124), sendo que o dito controlador é adicionalmente configurado para fornecer potência de CA à dita carga de CA a partir do dito barramento de CC.