BRPI0720199A2

BRPI0720199A2 - Alimentação com dois onduladores em série para alimentar um acionador eletromecânico tendo um motor elétrico.

Info

Publication number: BRPI0720199A2
Application number: BRPI0720199-0A2A
Authority: BR
Inventors: Daniel Matt; Julien Jac; Nicolas Ziegler
Original assignee: Messier Dowty Sa
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2013-12-31
Also published as: FR2910197A1; JP2010514390A; CA2671467A1; IL198812A0; US8294408B2; WO2008087270A3; JP4933632B2; EP2089963B1; ES2360683T3; EP2089963A2; CN101589542A; RU2402852C1; WO2008087270A2; CA2671467C; DE602007012465D1; FR2910197B1; ATE498241T1; CN101589542B; US20100141189A1

Description

"ALIMENTAÇÃO COM DOIS ONDULADORES EM SÉRIE PARA ALIMENTAR UM ACIONADOR ELETROMECÂNICO TENDO UM MOTOR ELÉTRICO"

A invenção se refere a uma alimentação com dois onduladores em série para acionador eletromecânico polifásico. PLANO DE FUNDO DA INVENÇÃO

Para alimentar um acionador eletromecânico do qual o motor polifásico compreende enrolamentos que formam fases, são conhecidas alimentações que compreendem dois onduladores colocados em série. Cada ondulador compreende uma fonte de tensão elétrica nos bornes da qual se estendem tantos braços quantos forem os enrolamentos a alimentar na máquina. Cada braço compreende um interruptor comandado a montante e um interruptor comandado a jusante colocados em série. Cada enrolamento compreende uma primeira extremidade ligada a um braço de um dos onduladores, em um ponto situado entre os interruptores comandados do dito braço, e uma segunda extremidade ligada a um braço do outro ondulador, também em um ponto situado entre os interruptores comandados do dito braço.

Se em um dos braços de um dos onduladores, um dos interruptores comandados vier a falhar, que ele permaneça aberto ou fechado, é conhecido fechar certos interruptores em questão do ondulador e abrir os outros interruptores de modo a criar um ponto comum entre as extremidades dos enrolamentos ligadas a esse ondulador, esse ponto comum sendo ligado a um dos bornes da fonte de tensão. Como as duas fontes de tensão são ligadas a duas massas distintas, o ponto comum é neutro do ponto de vista do outro ondulador, e se torna assim possível comandar a máquina unicamente com o outro ondulador, e assim continuar a assegurar um funcionamento da máquina giratória comum torque substancialmente constante.

Uma tal arquitetura é portanto resistente à falha de um dos interruptores comandados. No entanto, uma tal arquitetura não permite continuar a fazer a máquina giratória funcionar de modo correto se a extremidade de um dos enrolamentos vem a ser desconectar do braço correspondente. Por exemplo, em uma máquina giratória trifásica da qual um dos enrolamentos é desconectado, restaria então duas fases que podem ser comandadas. Se continua-se a comandar os interruptores dos onduladores como se um dos enrolamentos não estivesse desconectado, imporia-se à máquina um torque bastante ondulado, muito prejudicial para certas aplicações, por exemplo o acionamento dos dispositivos hipersustentadores de uma aeronave, ou o acionamento de trens de aterrissagem.

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E possível, como antes, procurar criar um ponto comum entre as duas fases válidas, abrindo-se e fechando-se os interruptores de um dos onduladores de modo adequado. No entanto, essas duas fases assim ligadas por um ponto comum só poderiam ser comandadas com correntes de soma nula, que deveriam portanto ser defasadas de um ângulo π, o que, combinado com a defasagem espacial das fases 2π/3, levaria também a um torque bastante ondulado. OBJETO DA INVENÇÃO

A invenção tem como objeto uma melhoria da alimentação com dois onduladores em série que permite continuar a fazer o acionador funcionar de modo aceitável em caso de pane de um dos interruptores, mas também em outras circunstancias de pane. BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Tendo em vista a realização desse objetivo, é proposta uma alimentação com dois onduladores em série para alimentar um acionador eletromecânico que tem pelo menos um motor elétrico que compreende uma pluralidade de enrolamentos que formam fases, cada ondulador sendo ligado a uma massa própria e compreendendo uma fonte de tensão elétrica nos bornes da qual se estendem tantos braços quantos forem os enrolamentos a alimentar, cada braço compreendendo dois interruptores comandados colocados em série entre os quais é previsto um ponto de ligação a uma extremidade de um dos enrolamentos. De acordo com a invenção, cada ondulador compreende um braço suplementar que compreende dois interruptores comandados, os dois braços suplementares sendo ligados entre si por uma ponte conectada a cada braço suplementar em um ponto situado entre os interruptores.

Assim, em tempo normal, os interruptores comandados dos braços suplementares são mantidos abertos, de modo que os braços suplementares e a ponte não têm nenhuma incidência sobre o funcionamento do acionador. A alimentação pode ser reconfigurada para enfrentar a falha de um interruptor, de modo conhecido em si.

Se um dos enrolamentos viesse a se desconectar de um dos braços, de modo que a fase correspondente não pode mais ser comandada, é possível alimentar as fases válidas com correntes cuja soma não é constantemente nula de modo a fazer o motor girar sob um torque constante. A corrente residual que provém da soma não nula das correntes das fases válidas é drenada pela ponte para ser reenviada para o ondulador que gera essas correntes. A presença da ponte e dos braços suplementares permite portanto um funcionamento do acionador com torque constante. Em especial, no caso de um motor trifásico do qual uma das

fases é desconectada, é possível, comandando-se os interruptores, criar um ponto comum entre as duas fases válidas e a ponte, o que permite um funcionamento bifásico com torque constante do acionador: prevendo-se correntes de alimentação defasadas de π/3, enquanto que as fases são espacialmente defasadas de um ângulo igual a 2π/3, obtém-se um torque constante. Assim, é possível continuar a funcionar com torque constante, mesmo se uma das fases está desconectada. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção será melhor compreendida à luz da descrição que se segue em referência às figuras dos desenhos anexos entre os quais:

- a figura 1 é uma vista esquemática de uma alimentação com dois onduladores em série para um acionador equipado com um motor elétrico trifásico, de acordo com um modo especial de realização da invenção;

- a figura 2 é uma vista análoga à figura 1, que ilustra uma

situação de pane na qual um dos interruptores é bloqueado na posição fechada;

- a figura 3 é um esquema equivalente àquela da figura 2, que só ilustra os braços funcionais;

- a figura 4 é uma vista análoga à figura 1, que ilustra uma

situação de pane na qual um dos enrolamentos do motor está desconectado de um dos braços;

- a figura 5 é uma vista análoga à figura 4, que ilustra um segundo modo de gerir uma desconexão de fase;

- a figura 6 é um esquema equivalente daquele da figura 5, que

só ilustra os braços funcionais. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Em referência à figura 1, a arquitetura de alimentação é aqui ilustrada em aplicação a um acionador eletromecânico provido de um motor elétrico ou máquina giratória trifásica 1 da qual são percebidos os três enrolamentos RI, R2, R3, simbolizados cada um deles de modo clássico a uma resistência, uma indutância e uma força contra-eletromotriz em série. Cada um dos enrolamentos forma uma das fases da máquina giratória, e é aqui espacialmente deslocado de 2π/3 em relação aos outros enrolamentos. A alimentação da invenção ilustrada aqui compreende um primeiro conversor ou ondulador A e um segundo conversor ou ondulador B.

O ondulador A compreende uma primeira fonte de tensão Ul da qual um dos bornes é ligado a uma primeira massa 50. Nos bornes da primeira fonte de tensão Ul se estendem três braços Al, A2, A3 que compreendem cada um deles um interruptor comandado a montante 5 e um interruptor comandado a jusante 6 colocados em série no braço. Os interruptores comandados 5, 6 que equipam os onduladores A, B são por exemplo transistores bipolares de junção, transistores de efeito de campo Metal-Oxido-semicondutor, tiristores comandados na abertura, ou ainda transistores de grade isolada.

O enrolamento Rl (respectivamente R2, R3) compreende uma primeira extremidade ligada ao braço Al (respectivamente A2, A3) em um ponto situado entre os interruptores comandados 5, 6 correspondentes. Do mesmo modo, o ondulador B compreende uma segunda

fonte de tensão U2 que tem um borne ligado a uma segunda massa 51, independente da primeira massa 50. Nos bornes da segunda fonte de tensão U2 se estendem três braços BI, B2, B3 que compreendem cada um deles um interruptor comandado a montante 5 e um interruptor comandado a jusante 6 colocados em série no braço.

O enrolamento Rl (respectivamente R2, R3) compreende uma segunda extremidade ligada ao braço Al (respectivamente A2, A3) em um ponto situado entre os interruptores comandados 5, 6 correspondentes.

Assim, cada um dos enrolamentos RI, R2, R3 está ligado em série a um dos braços do primeiro ondulador A, e a um dos braços do segundo ondulador B. De modo conhecido em si, comanda-se os interruptores 5, 6 de modo a fazer circular nos enrolamentos RI, R2, R3 correntes defasadas de 2π/3 (cuja soma é constantemente nula). Impõe-se assim à máquina giratória um torque constante. E possível comandar a máquina ou com o auxílio do primeiro ondulador A, ou com o auxílio do segundo ondulador B, ou com o auxílio dos dois onduladores que funcionam simultaneamente e de modo sincronizado.

Esse tipo de alimentação pode ser encontrado em uma aeronave que compreende dois circuitos de alimentação totalmente independentes, que têm massas distintas. Alternativamente, e de modo conhecido em si, é possível criar um segundo circuito de alimentação a partir de um primeiro circuito de alimentação com o auxílio de um transformador de isolamento, ou ainda de uma alimentação de corte isolada.

De acordo com a invenção, o primeiro ondulador A

compreende por outro lado um braço suplementar A4, em todos os pontos similar aos braços Al, A2, A3. Do mesmo modo, o segundo ondulador B compreende um braço suplementar B4, em todos os pontos similar aos braços BI, B2, B3. Os braços suplementares A4, B4, são ligados por uma ponte 7 conectada a cada um dos braços suplementares A4, B4 em um ponto situado entre os interruptores comandados 5, 6. Em funcionamento normal, os interruptores comandados 5, 6 dos braços suplementares A4, B4 são mantidos abertos, de modo que nem os braços suplementares nem a ponte 7 perturbam o funcionamento da máquina giratória. Nas figuras seguintes, são ilustrados diferentes modos de

panes e as maneiras de tratá-las. Nessas figuras, os interruptores que são bloqueados na posição fechada ou que são mantidos voluntariamente no estado fechado são representados por uma junção elétrica. Os interruptores que são bloqueados na posição aberta ou que são mantidos voluntariamente no estado aberto são representados por uma porção de circuito aberto.

De acordo com um primeiro modo de pane, pode acontecer que um dos interruptores 5, 6 de um dos braços Al, A2, A3 do primeiro ondulador A venha a falhar. Por exemplo, como está ilustrado na figura 2, supõe-se que o interruptor a jusante 6 do braço Al permaneça bloqueado na posição fechada em conseqüência de uma falha.

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E possível evidentemente pensar em neutralizar a fase correspondente cessando para isso de alimentá-la. Mas é possível continuar a utilizar as três fases de acordo com o processo seguinte: basta manter fechados os interruptores a jusante 6 dos braços A2 e A3, e abrir os interruptores a montante 5 dos braços Al, A2, A3. Cria-se assim um ponto comum N entre as extremidades dos enrolamentos RI, R2, R3 no lado do ondulador A. As ligações que realizam esse ponto comum N são sublinhadas em traços grossos. Tudo acontece como se a arquitetura de alimentação tivesse a forma ilustrada na figura 3.

As três fases permanecem desde então comandáveis fazendo- se circular graças aos interruptores comandados 5, 6 do segundo ondulador B correntes defasadas de 2π/3 nos enrolamentos RI, R2, R3. O primeiro ondulador A é completamente neutralizado, e não pode influenciar o comando da máquina giratória pelo segundo ondulador B. Em especial, o potencial do ponto comum N depende com certeza do potencial imposto pela fonte de tensão Ul, mas não pode ser imposto pela fonte de tensão U2. Do ponto de vista do segundo ondulador Β, o ponto comum N tem portanto um potencial

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flutuante. E desde então possível alimentar cada uma das fases com correntes defasadas de 2π/3, de modo que a soma das mesmas seja constantemente nula. Combinado com a defasagem espacial de 2π/3, o torque da máquina giratória assim alimentada permanece constante e igual ao torque nominal antes de falha do interruptor. Naturalmente, com tensão constante, a velocidade assim gerada é dividida por dois. Para encontrar a velocidade inicial, convém aumentar por essa razão a tensão U2.

Se um dos interruptores a jusante 6 de um dos braços Al, A2, A3 do primeiro ondulador A devesse ser bloqueado na posição aberta, então bastaria manter abertos os outros interruptores a jusante 6 dos ditos braços, e manter fechado os interruptores a montante 5 dos ditos braços. Recria-se do mesmo modo um ponto comum entre as fases, de modo que a máquina giratória permanece perfeitamente capaz de ser comandada.

Os mesmos remédios se aplicam quando um dos interruptores a montante 6 dos braços Al, A2, A3 do primeiro ondulador A permanece bloqueado na posição aberta ou na posição fechada. Do mesmo modo, os mesmos remédios se aplicam se um dos interruptores 5, 6 dos braços BI, B2, B3 do segundo ondulador permanece bloqueado.

Nesses casos de pane, os interruptores dos braços suplementares A4 e B4 são mantidos abertos, de modo que os braços suplementares não são utilizados para resolver os ditos casos de panes.

De acordo com um outro caso de pane, um dos enrolamentos pode ser desconectado de um dos braços. Como ilustrado na figura 4, supõe- se aqui um caso de pane no qual o enrolamento Rl é desconectado do braço Al do primeiro ondulador A, como simbolicamente representado. Não é desde então possível alimentar a fase correspondente. As estratégias precedentes não podem portanto ser aplicadas aqui.

Por preocupação com a segurança, convém primeiramente isolar o enrolamento Rl desconectado abrindo para isso aqui os interruptores 5, 6 dos braços Al e Bl associados a esse enrolamento, para evitar qualquer risco de curto-circuito entre os onduladores pelo enrolamento defeituoso.

De acordo com uma primeira estratégia, comanda-se os interruptores dos braços A2, A3, B2, B3 e dos braços suplementares A4, B4 para fazer circular nos enrolamentos válidos R2 e R3 correntes i2, i3 defasadas de π/3. Desde então, a soma das correntes i2, i3 não é constantemente nula. No entanto, o resto de corrente I = i2 + i3 é coletado pala ponte 7 e pode escapar por essa última para voltar para o ondulador que gerou as correntes i2 e i3. Um tal funcionamento leva a um torque constante. Foram ilustradas na figura 4 as correntes i2 e i3 que alimentam as fases validas (enrolamentos R2 e R3), assim como a corrente I drenada pela ponte 7. E possível demonstrar que a máquina giratória assim alimentada desenvolve um torque constante, mas esse torque eqüivale a 57 % do torque que teria sido possível desenvolver se um dos enrolamentos não tivesse se desconectado.

Se é desejado recuperar o torque nominal, é conveniente aumentar a corrente de alimentação em conformidade. Nesse modo de funcionamento, a velocidade de rotação do acionador é igual à velocidade de rotação nominal.

De acordo com uma estratégia ilustrada nas figuras 5 e 6, cria- se um ponto comum N entre as fases validas e a ponte 7. Para isso, são mantidos fechados os interruptores a jusante 6 dos braços restantes A2, A3, assim como o interruptor a jusante 6 do braço suplementar A4. São mantidos abertos os interruptores a montante 5 dos braços Al, A2, A3, assim como o interruptor a montante 5 do braço suplementar A4. Cria-se assim um ponto comum N entre as extremidades dos enrolamentos R2, R3, e a ponte 7. O primeiro ondulador A é assim neutralizado.

Como ilustrado na figura 5, a ponte 7 e os dois enrolamentos validos R2 e R3 têm agora uma extremidade em comum. Comanda-se os interruptores dos braços B2, B3 e do braço suplementar B4 do segundo ondulador B para fazer circular nos enrolamentos validos R2 e R3 correntes i2, i3 defasadas de π/3. Desde então, a soma das correntes i2, i3 não é constantemente nula. No entanto, o resto de corrente I = i2 + i3 é coletado no ponto comum N e pode escapar pela ponte 7 para voltar para o segundo ondulador B. Assim, é possível comandar a máquina giratória do acionador com o auxílio de um só ondulador. Aqui também, o torque desenvolvido é constante e é igual a 57 % do torque nominal. Em contrapartida, a velocidade de rotação é, com tensão U2 constante, dividida por dois. Para encontrar a velocidade de rotação nominal, convém aumentar a tensão U2 em conformidade.

Sem os braços suplementares A4, B4, e sem a ponte 7, teria

sido impossível alimentar os enrolamentos validos R2 e R3 com correntes defasadas de π/3. Teria sido necessário assegurar uma soma das correntes i2 e i3 nula, visto que não haveria tido nenhuma possibilidade de fazer o resto de corrente escapar. Teria portanto sido necessário alimentar os enrolamentos com correntes i2 e i3 defasadas de π, o que teria levado a um torque bastante ondulado, prejudicial para certas aplicações.

A presença dos braços suplementares A4, B4 ligados por uma ponte permite portanto assegurar um funcionamento degradado com torque constante mesmo em caso de desconexão de um dos enrolamentos.

A arquitetura de alimentação ilustrada é portanto capaz de resistir à falha de um dos interruptores dos braços dos onduladores, assim como à desconexão de um dos enrolamentos da máquina giratória.

A invenção não está limitada ao que acaba de ser descrito, mas bem ao contrário engloba qualquer variante que entra no âmbito definido pelas reivindicações.

Em especial, a invenção não está limitada à alimentação de um acionador eletromecânico que compreende uma máquina giratória trifásica, mas sim se aplica a uma máquina polifásica que pode apresentar mais de três fases.

Por outro lado, ainda que a invenção tenha sido descrita em referência a um acionador eletromecânico equipado com um motor elétrico rotativo, chamado também máquina giratória, a invenção se aplica também à alimentação de acionadores providos de motores lineares.

Claims

1. Alimentação com dois onduladores em série (A, B) para alimentar um acionador eletromecânico tendo um motor elétrico que compreende uma pluralidade de enrolamentos (RI, R2, R3) que formam fases, cada ondulador sendo ligado a uma massa própria (50; 51) e compreendendo uma fonte de tensão elétrica (Ul; U2) nos bornes da qual se estendem tantos braços (Al, A2, A3; BI, B2, B3) quantos forem os enrolamentos a alimentar, cada braço compreendendo dois interruptores comandados (5, 6) colocados em série entre os quais é previsto um ponto de ligação a uma extremidade de um dos enrolamentos; caracterizada pelo fato de que cada ondulador compreende um braço suplementar (A4; B4) que compreende dois interruptores comandados, os dois braços suplementares sendo ligados entre si por uma ponte (7) conectada a cada braço suplementar em um ponto situado entre os interruptores.

2. Conjunto caracterizado pelo fato de que ele é composto pela alimentação da reivindicação 1, e pela máquina giratória à qual a alimentação é ligada.

3. Processo de utilização da alimentação de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ele compreende a etapa de comandar os interruptores de um dos onduladores de modo a criar um ponto comum (N) entre a ponte (7) e pelo menos dois enrolamentos (RI; R2) ao nível de um dos onduladores.