BR112014013007B1

BR112014013007B1 - Método para eliminar um arco acionado por meio de pelo menos uma fonte de tensão de fase de um circuito conversor

Info

Publication number: BR112014013007B1
Application number: BR112014013007-8A
Authority: BR
Inventors: Adrian Guggisberg; John ECKERLE; Jonas Wahlstroem
Original assignee: Abb Schweiz Ag
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2021-08-17
Also published as: JP5876938B2; KR101521063B1; AU2012348683B2; KR20140094593A; US20190280475A1; JP2015500621A; IN2014CN04075A; CA2855496C; US20140254049A1; BR112014013007A8; CN103959622B; CA2855496A1; WO2013083414A3; CN103959622A; RU2014127526A; WO2013083414A2; EP2789091A2; RU2605082C2; AU2012348683A1; EP2789091B1

Abstract

método para eliminar um arco acionado por meio de pelo menos uma fonte de tensão de fase de um circuito conversor. um método para eliminar um arco acionado por pelo menos uma fonte de tensão de fase (3) de um circuito conversor (1) tendo uma unidade conversora (2) e um circuito de armazenamento de energia (4), em que a pelo menos uma fonte de tensão (3) é conectada no lado ac da unidade conversora, esta unidade conversora tendo uma multiplicidade de comutadores acionáveis de semicondutores de potência, e em que, durante operação do circuito conversor, ocorrendo detecção de um arco, a pelo menos uma fonte de tensão é curto-circuitada. para detecção do arco, uma variável de estado do circuito conversor (1) é monitorada relativamente a um seu valor limiar predeterminável ou alternativamente o ambiente circundante do circuito conversor é monitorado visualmente com relação à ocorrência de uma luz de arco. se um arco for então detectado, pelo menos alguns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora (2) são acionados tal que pelo menos um caminho de curto-circuito é formado via unidade conversora (2) para curto-circuitar a pelo menos uma fonte de tensão (3).

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção diz respeito ao campo de eletrônica de potência. Ela é baseada em um método para eliminar um arco acionado por meio de pelo menos uma fonte de tensão de fase de um circuito conversor.

Técnica Anterior

[002] Circuitos conversores hoje em dia tipicamente têm uma unidade conversora, com pelo menos duas conexões de fase sendo fornecidas no lado de tensão CA da dita unidade conversora, com ela sendo, então, possível conectar fontes de tensão de fase para fornecer uma tensão CA correspondente para as ditas conexões de fase. No lado de tensão CC da unidade conversora, o circuito conversor tipicamente compreende um circuito de armazenamento de energia, o qual é formado por um ou mais armazenamentos de energia capacitivos, por exemplo.

[003] Durante operação do circuito conversor, isto é, se energia elétrica estiver fluindo do lado de tensão CA da unidade conversora para o lado de tensão CC da unidade conversora e a tensão CA estiver sendo retificada no processo, ou se energia elétrica estiver fluindo do lado de tensão CC da unidade conversora para o lado de tensão CA da unidade conversora e a tensão CC estiver sendo invertida no processo, como resultado de uma falha pode ocorrer um arco acionado, em termos de corrente, por meio da fonte de tensão de fase, por exemplo, no lado de tensão CA da unidade conversora ou então no lado de tensão CC da unidade conversora. Um arco como este é ex-tremamente indesejável uma vez que ele pode danificar ou mesmo destruir a unidade conversora, como também o circuito conversor total.

[004] De uma maneira geral, comutadores mecânicos são usados nas conexões de fase a fim de curto-circuitar a fonte de tensão de fase ou fontes de tensão de fase. Se um arco que ocorre for detectado em um circuito conversor, os comutadores mecânicos são fechados a fim de curto-circuitar a fonte de tensão de fase ou fontes de tensão de fase a fim de eliminar o arco acionado, em termos de corrente, pela fonte de tensão de fase ou pelas fontes de tensão de fase. Entretanto, tais comutadores mecânicos têm um tempo de resposta demorado, ocupam um enorme espaço físico, exigem um alto grau de manutenção e aumentam a complexidade do projeto do circuito conversor.

[005] Como revelado na DE 10 2009 002 684 A1, arcos indeseja- dos também podem ocorrer em um circuito conversor para alimentar uma carga de plasma, sendo que o arco é gerado pelas bobinas MF L1, L2 do circuito conversor, tal como descrito na DE 10 2009 002 684 A1 nos parágrafos [0006] e [0007] em combinação com a Fig. 1a. A fim de eliminar um arco gerado pelas bobinas MF L1, L2 do circuito conversor, a polaridade da tensão nas conexões de saída 13, 14 é invertida, sendo que, antes disto, a tensão é estabelecida para um valor na região de 0 V e a corrente através das conexões de saída 13, 14 é estabelecida para um valor na região de 0 A, isto é, a carga de plasma conectada é desconectada do fornecimento e desenergizada, tal como descrito na DE 10 2009 002 684 A1, parágrafo [0045].

Descrição da Invenção

[006] O objetivo da invenção, portanto, consiste em especificar um método para eliminar um arco acionado por meio de pelo menos uma fonte de tensão de fase de um circuito conversor, por meio de cujo método um arco que ocorra em um circuito conversor possa ser eliminado particularmente de forma fácil e rápida.

[007] No método de acordo com a invenção, o circuito conversor tem uma unidade conversora, pelo menos uma fonte de tensão de fase e um circuito de armazenamento de energia, sendo que o pelo menos uma fonte de tensão de fase é conectada no lado de tensão CA da unidade conversora. Além do mais, a unidade conversora compreende uma multiplicidade de comutadores acionáveis de semicondutores de potência. De acordo com o método, durante operação o circuito conversor detecta um arco que ocorre e, por causa disto, a pelo menos uma fonte de tensão de fase é então curto-circuitada. De acordo com a invenção, a fim de detectar o arco, uma variável de estado do circuito conversor é agora monitorada com relação a um valor limiar predeter- minável da variável de estado. No caso de uma discrepância entre a variável de estado e o valor limiar predeterminável, pelo menos alguns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora são então acionados de tal maneira que pelo menos um caminho de curto-circuitamento é formado via unidade conversora a fim de curto-circuitar a pelo menos uma fonte de tensão de fase. Por meio da detecção mencionada anteriormente de um arco ocorrendo e da formação de pelo menos um caminho de curto-circuitamento via unidade conversora, o arco que ocorre vantajosamente pode ser dissipado particularmente de forma fácil e rápida e assim eliminado. Dispositivos de curto-circuitamento adicionais, tais como comutadores mecânicos conhecidos na técnica anterior para curto-circuitar a pelo menos uma fonte de tensão de fase, não são exigidos.

[008] Como uma alternativa para a detecção mencionada anteri ormente por meio de uma variável de estado do circuito conversor, a fim de detectar o arco, o ambiente circundante do circuito conversor é monitorado visualmente com relação à ocorrência de uma luz de arco, sendo que, no caso da ocorrência da luz de arco, pelo menos alguns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora são acionados igualmente de tal maneira que pelo me- nos um caminho de curto-circuitamento é formado via unidade conversora a fim de curto-circuitar a pelo menos uma fonte de tensão de fase. Por meio desta detecção alternativa de um arco ocorrendo e da formação de pelo menos um caminho de curto-circuitamento via unidade conversora, igualmente, o arco ocorrendo vantajosamente pode ser dissipado particularmente de forma fácil e rápida e por esta razão pode ser eliminado. Dispositivos de curto-circuitamento adicionais também não são exigidos neste caso.

[009] Estes e objetivos, vantagens e recursos adicionais da pre sente invenção se tornarão óbvios a partir da descrição detalhada a seguir, relacionando-se com as modalidades preferidas da invenção em combinação com os desenhos.

Descrição Resumida dos Desenhos

[0010] A Fig. 1 mostra uma primeira modalidade de um circuito conversor com caminhos de corrente de curto-circuitamento ilustrados conforme o método de acordo com a invenção;

[0011] a Fig. 2 mostra uma segunda modalidade de um circuito conversor com caminhos de corrente de curto-circuitamento ilustrados conforme o método de acordo com a invenção;

[0012] a Fig. 3 mostra uma terceira modalidade de um circuito conversor com caminhos de corrente de curto-circuitamento ilustrados conforme o método de acordo com a invenção; e

[0013] a Fig. 4 mostra uma quarta modalidade de um circuito con versor com caminhos de curto-circuitamento ilustrados conforme o método de acordo com a invenção.

[0014] Os símbolos de referência usados nos desenhos e a signifi- cância dos mesmos estão listados por meio de resumo na lista de símbolos de referência. Em princípio, partes idênticas foram providas com os mesmos símbolos de referência nas Figs. . As modalidades descritas representam, a título de exemplo, a matéria sendo questão da invenção e não têm qualquer efeito restritivo.

Abordagens Para Implementação da Invenção

[0015] A Fig. 1 mostra uma primeira modalidade de um circuito conversor com caminhos de corrente de curto-circuitamento ilustrados conforme o método de acordo com a invenção. As Figs. 2 a 4 mostram uma segunda, terceira e quarta modalidades, respectivamente, de um circuito conversor, sendo que, em cada um destes circuitos conversores e possíveis caminhos de curto-circuitamento conforme o método de acordo com a invenção estão ilustrados. Os respectivamente possíveis caminhos de curto-circuitamento dos circuitos conversores mostrados nas Figs. 1 a 4 estão ilustrados como linhas em negrito. De uma maneira geral, o circuito conversor 1 tem uma unidade conversora 2, pelo menos uma fonte de tensão de fase 3 e um circuito de armazenamento de energia 4, sendo que a pelo menos uma fonte de tensão de fase 3 é conectada no lado de tensão CA da unidade conversora 2. A conexão da fonte de tensão de fase 3 é executada em uma conexão de fase A no lado de tensão CA da unidade conversora 2. Uma vez que todos os circuitos conversores mostrados nas Figs. 1 a 4 têm um projeto trifásico, em cada caso três fontes de tensão de fase 3 também são fornecidas, sendo que, de uma maneira geral, tal como já mencionado, pelo menos uma fonte de tensão de fase 3 é fornecida. Além do mais, a unidade conversora 2 de uma maneira geral tem uma multiplicidade de comutadores acionáveis de semicondutores de potência, sendo que de acordo com a Fig. 1 tiristores são usados como comutadores acionáveis de semicondutores de potência e, de acordo com a Fig. 2, tiristores comutados por porta integrada (IGCTs) são usados. Em contraste, no caso do circuito conversor mostrado na Fig. 3, preferivelmente transistores bipolares de porta isolada (IGBTs) e tiristores são usados como comutadores acionáveis de semicondutores de po-tência, sendo que os possíveis caminhos de curto-circuitamento se estendem então via tiristores, tal como ilustrado na Fig. 3. Preferivelmente, no caso do circuito conversor mostrado na Fig. 4, IGCTs também podem ser usados como comutadores acionáveis de semicondutores de potência, por meio dos quais possíveis caminhos de curto- circuitamento são então desenvolvidos.

[0016] De acordo com o método, se um arco ocorrer durante ope ração, este arco é detectado e, por causa disto, a pelo menos uma fonte de tensão de fase 3 é então curto-circuitada. Um arco como este pode ocorrer como resultado de uma falha, sendo que o arco tipicamente é acionado, em termos de corrente, por meio da pelo menos uma fonte de tensão de fase 3. De acordo com a invenção, a fim de detectar o arco, uma variável de estado do circuito conversor 1 é agora monitorada com relação a um valor limiar predeterminável da variável de estado. No caso de uma discrepância entre a variável de estado e o valor limiar predeterminável, pelo menos alguns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora 2 são então acionados de tal maneira que pelo menos um caminho de curto- circuitamento é formado via unidade conversora 2 a fim de curto- circuitar a pelo menos uma fonte de tensão de fase 3. Por meio da detecção mencionada anteriormente de um arco ocorrendo e da formação de pelo menos um caminho de curto-circuitamento via unidade conversora 2, o arco ocorrendo vantajosamente pode ser dissipado particularmente de forma fácil e rápida e por esta razão pode ser eliminado. Dispositivos de curto-circuitamento adicionais vantajosamente podem ser dispensados.

[0017] Como uma alternativa para a detecção mencionada anteri ormente por meio de uma variável de estado do circuito conversor 1, a fim de detectar o arco, o ambiente circundante do circuito conversor 1 é monitorado visualmente com relação à ocorrência de uma luz de arco, sendo que, no caso da ocorrência da luz de arco, pelo menos al- guns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora 2 são igualmente acionados de tal maneira que, de novo, pelo menos um caminho de curto-circuitamento é formado via unidade conversora 2 a fim de curto-circuitar a pelo menos uma fonte de tensão de fase 3. Para o monitoramento visual, um fotodiodo ou outro componente eletrônico sensível à luz ou então uma câmera pode ser usada, por exemplo. Por meio desta detecção alternativa de um arco ocorrendo e da formação de pelo menos um caminho de curto- circuitamento via unidade conversora 2, o arco ocorrendo vantajosamente também pode ser dissipado particularmente de forma fácil e rápida e por esta razão pode ser eliminado. No caso desta alternativa, dispositivos de curto-circuitamento adicionais também não são exigidos.

[0018] Se um circuito de armazenamento de energia 4 for conec tado no lado de tensão CC da unidade conversora, em relação ao circuito conversor 1, tal como ilustrado a título de exemplo nas Figs. 1 a 4, a variável de estado preferivelmente é a tensão através do circuito de armazenamento de energia 4 e o valor limiar predeterminável da variável de estado é um valor limiar predeterminável da tensão através do circuito de armazenamento de energia 4. O circuito de armazenamento de energia compreende um ou mais armazenamentos de energia capacitivos, tais como capacitores, por exemplo. No caso sendo que o valor limiar predeterminável da tensão através do circuito de armazenamento de energia 4 está subnormal, pelo menos alguns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora 2 são então acionados de tal maneira que pelo menos um caminho de curto-circuitamento é formado via unidade conversora 2 a fim de curto-circuitar a pelo menos uma fonte de tensão de fase 3.

[0019] Como uma alternativa para a tensão através do circuito de armazenamento de energia 4 como a variável de estado, também é concebível a variável de estado ser a tensão em uma conexão de fase A no lado de tensão CA da unidade conversora 2 e o valor limiar pre- determinável da variável de estado ser então um valor limiar predeter- minável da tensão em uma conexão de fase A no lado de tensão CA da unidade conversora 2. No caso sendo que o valor limiar predeter- minável da tensão em uma conexão de fase A no lado de tensão CA da unidade conversora 2 está subnormal, pelo menos alguns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora 2 são acionados de tal maneira que pelo menos um caminho de curto-circuitamento é formado via unidade conversora 2 a fim de curto-circuitar a pelo menos uma fonte de tensão de fase 3.

[0020] No caso de um circuito conversor tal como mostrado na Fig.3 e na Fig. 4, como uma alternativa para a tensão através do circuito de armazenamento de energia 4 como variável de estado ou como uma alternativa para a tensão em uma conexão de fase A no lado de tensão CA da unidade conversora 2 como variável de estado, também é concebível a variável de estado ser a tensão através de um elemento de circuito conversor 5, tal como está ilustrado na Fig. 3 e na Fig. 4, da unidade conversora 2 e o valor limiar predeterminável da variável de estado ser então um valor limiar predeterminável da tensão através de um elemento de circuito conversor 5. No caso de uma discrepância, em particular no caso sendo que o valor limiar predeterminável da tensão através de um elemento de circuito conversor 5 está subnormal, pelo menos alguns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora 2 são acionados de tal maneira que pelo menos um caminho de curto-circuitamento é formado via unidade conversora 2 a fim de curto-circuitar a pelo menos uma fonte de ten-são de fase 3. Listagem de Símbolos de Referência 1 circuito conversor 2 unidade conversora 3 fonte de tensão de fase 4 circuito de armazenamento de energia 5 elemento de circuito conversor A conexão de fase

Claims

1. Método para eliminar um arco acionado por meio de pelo menos uma fonte de tensão de fase (3) de um circuito conversor (1), em cujo método o circuito conversor (1) tem uma unidade conversora (2) e um circuito de armazenamento de energia (4), sendo que a pelo menos uma fonte de tensão de fase (3) é conectada no lado de tensão CA da unidade conversora (2), e sendo que a unidade conversora (2) tem uma multiplicidade de comutadores acionáveis de semicondutores de potência, sendo que, durante a operação do circuito conversor (1), um arco que ocorre é detectado e, por causa disto, a pelo menos uma fonte de tensão de fase (3) é curto-circuitada, caracterizado pelo fato de que, a fim de detectar o arco, uma variável de estado do circuito conversor (1) é monitorada com relação a um valor limiar predetermi- nável da variável de estado, e sendo que, no caso de uma discrepância entre a variável de estado e o valor limiar predeterminável, pelo menos alguns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora (2) são acionados de tal maneira que pelo menos um caminho de curto-circuitamento é formado via unidade conversora (2) a fim de curto-circuitar a pelo menos uma fonte de tensão de fase (3).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de armazenamento de energia (4) é conectado no lado de tensão CC da unidade conversora (2), e a variável de estado é a tensão através do circuito de armazenamento de energia (4), o valor limiar predeterminável da variável de estado é um valor limiar predeterminável da tensão através do circuito de armazenamento de energia (4) e, no caso sendo que o valor limiar predeterminável da tensão através do circuito de armazenamento de energia (4) está sub normal, pelo menos alguns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora (2) são acionados de tal maneira que pelo menos um caminho de curto-circuitamento é formado via unidade conversora (2) a fim de curto-circuitar a pelo menos uma fonte de tensão de fase (3).

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a variável de estado é a tensão em uma conexão de fase (A) no lado de tensão CA da unidade conversora (2), o valor limiar predeterminável da variável de estado é um valor limiar predeterminá- vel da tensão em uma conexão de fase (A) no lado de tensão CA da unidade conversora (2) e, no caso sendo que o valor limiar predeter- minável da tensão em uma conexão de fase (A) no lado de tensão CA da unidade conversora (2) está subnormal, pelo menos alguns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora (2) são acionados de tal maneira que pelo menos um caminho de curto-circuitamento é formado via unidade conversora (2) a fim de curto-circuitar a pelo menos uma fonte de tensão de fase (3).

4. Método para eliminar um arco acionado por meio de pelo menos uma fonte de tensão de fase (3) de um circuito conversor (1), em cujo método o circuito conversor tem uma unidade conversora (2) e um circuito de armazenamento de energia (4), sendo que a pelo menos uma fonte de tensão de fase (3) é conectada no lado de tensão CA da unidade conversora (2), e o circuito de armazenamento de energia (4) é conectado no lado de tensão CC da unidade conversora (2), e sendo que a unidade conversora (2) tem uma multiplicidade de comutadores acionáveis de semicondutores de potência, sendo que, durante a operação do circuito conversor (1), um arco que ocorre é detectado e, por causa disto, a pelo menos uma fonte de tensão de fase (3) é curto-circuitada, caracterizado pelo fato de que, a fim de detectar o arco, o ambiente circundante do circuito conversor é monitorado visualmente com relação à ocorrência de uma luz de arco, e sendo que, no caso da ocorrência da luz de arco, pelo menos alguns dos comutadores acionáveis de semicondutores de potência da unidade conversora (2) são acionados de tal maneira que pelo menos um caminho de curto-circuitamento é formado via unidade conversora (2) a fim de curto-circuitar a pelo menos uma fonte de tensão de fase (3).